Sprawozdanie

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zbadanie zjawiska termoelektrycznego, wyznaczenie współczynnika zdolności termoelektrycznej ( Seebecka ) dla termogeneratora półprzewodnikowego, skonstruowanego z półprzewodników typu n i p. Następnie obliczenie oporu wewnętrznego termogeneratora i wyciągnięcie wniosków z przeprowadzonego doświadczenia.

Dokonujemy pomiarów, zapisując temperatury z dwóch termometrów: dla wody grzanej i dla wody chłodzonej. Zmieniając za każdym razem wartość temperatury na termostacie Haake od 30 do 70° (C) ze skokiem co 5^°(C). Przy każdym pomiarze zapisujemy wartość napięcia zmierzonego na woltomierzu dla zakresu pomiarowego 3 (V). Następnie liczymy różnicę temperatur a otrzymane wyniki przedstawiamy za pomocą tabelki:

TG(grzana) (K)	Tc(chłodzona) (K)	ΔT	U (V)
296	296	0	0
302	296,5	5,5	0,25
306	297	9	0,5
310	297	13	0,75
314,5	297,5	17	0,95
320	298	22	1,2
324	298,5	25,5	1,45
328,5	298,5	30	1,7
334	299	35	1,95
338,5	299,5	39	2,15

W programie Logger Pro tworzymy wykres zależności napięcia U, które zostało wytworzone przez termogenerator w funkcji różnicy temperatur ΔT:

Widzimy, że korelacja dla naszego wykresu wynosi 0,9992 , jest więc zbliżona do 1, co świadczy o realnej liniowości badanego zjawiska.

Następnie obliczamy metodą najmniejszych kwadratów równanie prostej na podstawie wyników z pierwszej tabeli:

$$a = 0,05622\left( \frac{V}{K} \right)$$

a = 0, 0007934

Obliczamy współczynnik Seebecka ze wzoru:

$$\alpha = \frac{a}{142} = 3,954*10^{- 4}\ \left( \frac{V}{K} \right)$$

Gdzie "142" to liczba elementów Seebecka z których zbudowany jest badany termogenerator a "a" to współczynnik kierunkowy prostej, wyliczony powyżej.

Kolejno obliczamy błąd z jakim wyznaczyliśmy współczynnik Seebecka za pomocą wzoru:

$$\alpha = \frac{a}{142} = 0,056*10^{- 4}$$

Następnie do woltomierza dołączamy szeregowo amperomierz i opornicę. Wykonujemy pomiary natężeń i spadków napięć prądu na oporze R, które powstają w wyniku zmiany oporu na opornicy. Skok natężenia ( 0,02 (A)) Przed dokonaniem pomiarów zapisujemy temperatury :

T_G(grzana)=339,5 (K)

T_{c(chłodzona)} =300,5 (K)

Otrzymane wyniki pomiaru przedstawiamy w postaci tabeli:

I (A)	UR (V)
0,06	1,9
0,08	1,85
0,1	1,8
0,12	1,75
0,14	1,7
0,16	1,6
0,18	1,55
0,2	1,45
0,22	1,4
0,24	1,35
0,26	1,25
0,28	1,2
0,3	1,15
0,32	1,05
0,34	1
0,36	0,95
0,38	0,9
0,4	0,8
0,42	0,75
0,44	0,65

W programie Logger Pro tworzymy wykres zależności napięcia U_R w funkcji natężenia prądu I:

Widzimy, że korelacja dla naszego wykresu wynosi 0,9990 , jest więc zbliżona do 1, co świadczy o realnej liniowości badanego zjawiska.

Wartość różnicy temperatur, przy której pomiar był wykonany wynosi:

ΔT= 9

Następnie obliczamy metodą najmniejszych kwadratów równanie prostej:

$$a = - 3,30\ \left( \frac{V}{A} \right)$$

b = 2, 13 (V)

a = 0, 035 ≈ 0, 04

b = 0, 97

Wyznaczamy opór wewnętrzny termogeneratora ze wzoru:

r_w = −a

r_w = 3, 30 (Ω)

Obliczamy błąd wyznaczenia oporu wewnętrznego:

r_w = |a| = 0, 04

Wyznaczamy napięcie nieobciążonego termogeneratora powstałego podczas drugiej części pomiaru:

U = b

U = 2, 13 (V)

Następnie wyznaczamy błąd dla wcześniej obliczonego napięcia:

U = |b| = 0, 97

Otrzymane wyniki:

$$\alpha = \left( 3,954 \pm 0,056 \right)*10^{- 4}\left( \frac{V}{K} \right)$$

r_w = (3,30±0,04) (Ω)

U = (2,13±0,97) (V)

Wnioski:

Na podstawie wykresu I można stwierdzić, że funkcja napięcia U od różnicy ΔT jest rosnąca, a punkty spełniające warunek leżą realnie na jednej linii dzięki korelacji zbliżonej do 1. Na podstawie wykresu II można stwierdzić, że funkcja natężenia I od napięcia U_R jest malejąca, a punkty leżą realnie na jednej linii dzięki korelacji zbliżonej do 1. Wszystkie otrzymane wyniki mieszczą się w normie, a wielkość współczynnika Seebecka jest porównywalna ze znanymi wartościami tego współczynnika. Zjawisko Seebecka w wyniku różnicy temperatur półprzewodników pozwala osiągać prąd o małym napięciu, który może być wykorzystywany w urządzeniach o bardzo małym zapotrzebowaniu na prąd. Współczynnik Seebecka jest stały dla termogeneratorów wykonanych z tych samych półprzewodników.