Sprawozdanie

1. Wstęp teoretyczny

Termopara jest to obwód złożony z 2 przewodników lub półprzewodników spojonych końcami, w którym, w wyniku utrzymywania spojeń w różnych temperaturach, powstaje siła elektromotoryczna (termoelektryczna). Działanie termopary opiera się na dwóch kluczowych zjawiskach:

● Zjawisko Peltiera (występowanie siły termoelektrycznej STE w punkcie złączenia dwóch metali) wynika z różnicy liczby swobodnych elektronów po obu stronach styku metali w określonej temperaturze

● Zjawisko Thomsona (występowanie STE na całej długości przewodnika) wynika z termicznych ruchów elektronów wzdłuż drutu o różnym gradiencie temperatury.

Oba powyższe układy generują STE zależną od różnicy temperatury spoiny pomiarowej i temperatury odniesienia (w pierwszym przypadku temperatury złącza, w drugim – temperatury spoiny odniesienia)

Siła termoelektryczna termoelementu zbudowanego z metali A i B o temperaturach spoin T₀ i T₁ wyraża się wzorem:

SEM_AB(T₀, T₁) = e_AB(T₁) – e_AB(T₀)

gdzie: e_AB(T) – siła termoelektryczna metali A i B w temperaturze T (uwzględniająca zarówno zjawisko Peltiera jak i Thomsona) W przypadku liniowej aproksymacji wzór upraszcza się do postaci:

SEM_AB(T₀, T₁) = S_AB*(T₁ – T₀)

gdzie: S_AB – współczynnik Seebecka metali A i B

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest skalowanie termopary oraz wyznaczanie współczynnika termoelektrycznego termopary. Wyznaczymy również temperaturę krzepnięcia stopu metalu.

1. Tabele pomiarowe

T	∆T	U	∆U	α	∆α	$$\frac{\alpha}{\alpha}$$
[°C]	[°C]	[mV]	[mV]	[mV/deg]	[mV/deg]	[%]
20,5	0,5	0,672	0,009	0,038
22,3		0,755	0,010
24,8		0,862	0,011
26,1		0,895	0,011
28,4		0,975	0,012
30,3		1,036	0,012
32,2		1,144	0,013
34,0		1,213	0,014
36,0		1,294	0,015
38,0		1,376	0,016
40,0		1,455	0,017
42,0		1,531	0,017
44,1		1,611	0,018
46,0		1,689	0,019
48,0		1,787	0,020
50,0		1,867	0,021
52,0		1,955	0,022
54,0		2,047	0,022
56,0		2,130	0,023
58,0		2,200	0,024
60,0		2,281	0,025
62,0		2,358	0,028
64,0		2,465	0,027
66,0		2,567	0,028
68,0		2,656	0,029
70,0		2,751	0,030
72,0		2,850	0,031
74,0		2,928	0,031
76,0		3,033	0,032
78,0		3,113	0,033
80,0		3,211	0,034
82,0		2,298	0,035
84,0		3,400	0,036
86,0		3,498	0,037
88,0		3,577	0,038
90,0		3,675	0,039

t	U	∆U	Uk	∆Uk	Tk	∆Tk	$$\frac{\text{Tk}}{\text{Tk}}$$
[s]	[mV]	[mV]	[mV]	[mV]	[deg]	[deg]	[%]
20	3,462	0,037	2,6	0,12	68,42
40	3,237	0,034
60	3,034	0,032
80	2,880	0,031
100	2,769	0,030
120	2,685	0,029
140	2,631	0,028
160	2,594	0,028
180	2,571	0,028
200	2,563	0,028
220	2,566	0,028
240	2,577	0,028
260	2,587	0,028
280	2,589	0,028
300	2,586	0,028
320	2,579	0,028
340	2,567	0,028
360	2,556	0,028
380	2,544	0,027
400	2,527	0,027
420	2,509	0,027
440	2,485	0,027
460	2,447	0,026
480	2,385	0,026
500	2,272	0,025
520	2,164	0,024
540	2,088	0,023
560	2,022	0,022
580	1,968	0,022
600	1,918	0,021
620	1,878	0,021
640	1,839	0,020
660	1,806	0,020
680	1,777	0,020
700	1,750	0,020
720	1,726	0,019
740	1,704	0,019
760	1,685	0,019
780	1,666	0,019
800	1,647	0,018
820	1,627	0,018
840	1,616	0,018
860	1,602	0,018
880	1,590	0,018
900	1,581	0,018
920	1,570	0,018
940	1,561	0,018
960	1,552	0,018
980	1,544	0,017
1000	1,537	0,017
1020	1,531	0,017
1040	1,523	0,017
1060	1,518	0,017
1080	1,514	0,017
1100	1,508	0,017
1120	1,501	0,017

1. Przykładowe pomiary

Podczas ćwiczenia posłużono się wzorem, w którym temperatura wyrażona jest w stopniach Celsjusza. Przy temperaturze odniesienia równej 0 równanie na siłę termoelektryczną wyraźnie się upraszcza do postaci :

stąd dla n pomiarów otrzymujemy :

1. Wykresy

2. Wnioski