Uniwersytet Warmińsko-Mazurski

Wydział Nauk Technicznych

Daniel Nowak

II MiBM gr.11

Sprawozdanie

z ćwiczeń laboratoryjnych z fizyki

Ćwiczenie nr 10

Temat: Zjawisko termoelektryczne. Wzorcowanie termoogniwa i wyznaczanie przy jego pomocy temperatur wrzenia.

1.WSTĘP:

Na granicy styku dwóch różnych metali występuje kontaktowa różnica potencjałów (tzw. Potencjał Volty). Orbity w atomie charakteryzują się odpowiednim stanem energetycznym, która jest wyrażona wzorem:

gdzie:

m − masa elektronu,

e − ładunek elektronu,

Z − liczba atomowa pierwiastka,

ε₀ − przenikalność elektryczna próżni,

h − stała Plancka,

n −główna liczba kwantowa

Liczbę poszczególnych elektronów na orbitach określa zasada Pauliego - która mówi, że na jednej orbicie nie mogą znajdować się dwa elektrony o tych samych 4 liczbach kwantowych.W ciałach stałych (o budowie wewnętrznej kryształu), gdzie rozmieszczenie elektronów swobodnych na poziomach energetycznych opisuje rozkład Boltzmanna.

Funkcja opisująca rozkład ma postać:

-energia poziomu Fermiego w danej temperaturze

Elektrony walencyjne w temperaturze równej zeru nie dysponują wystarczającą energią aby mogły opuścić metal ponieważ bariera potencjałów utrzymuje go w metalu. Aby elektrony mogły opuścić atom muszą uzyskać energię równą:

Energia ta nazywana jest pracą wyjścia. Potencjał, jaki uzyska elektron opuszczający metal można obliczyć ze wzoru:

Aby wytłumaczyć zjawisko kontaktowej różnicy potencjałów weźmy pod uwagę dwa metale. Jeden z nich ma niższy potencjał, ale większą energię.

Metal drugi natomiast odwrotnie. Gdy połączymy oba metale to elektrony będą przepływać z metalu o większej energii do metalu o mniejszej energii uzupełniając jego wolne poziomy energetyczne. Będą one przepływać, aż do wyrównania się energii na złączu. Odpowiada to zrównaniu się poziomów Fermiego. Metal oddające elektrony uzyskuje potencjał wyższy, przyjmujący zaś odwrotnie. Na styku wytwarza się różnica potencjałów. Istnieją więc różne prace wyjścia

W_A=eV'_A W_B=eV'_B

W_B<W_A

Różnica potencjał, którą uzyskamy:

Drugim czynnikiem wpływającym na kontaktową różnicę potencjałów jest różna koncentracja elektronów. W tym przypadku będzie zachodzić dyfuzja elektronów z metalu o większej koncentracji do metalu o mniejszej koncentracji. Potencjał w takim przypadku wynosi:

Jeżeli z dwóch metali utworzymy zamknięty obwód prądu tak, aby ich spojenia miały różne temperatury to w obwodzie wytworzy się siła termoelektromotoryczna
. Przyczyną tego jest fakt, iż złącze o większej temperaturze będzie posiadało większy potencjał, co znaczy, że pojawi się różnica potencjałów.

Podstawiając do wzoru wartości na poszczególne potencjały otrzymujemy:

---