Nr ćwiczenia: 204	Data: 7.05.2012r.	Imię i Nazwisko: Bartłomiej Pośpiech	Wydział: Elektryczny	Semestr: 2	Grupa: E-7 nr lab. 4
Prowadzący: mgr inż. Łukasz Majchrzycki	Przygotowanie: Bartłomiej Pośpiech	Wykonanie: Bartłomiej Pośpiech Marcin Woźny	Ocena:

Cechowanie termoogniwa

1. Podstawy teoretyczne

Termoogniwem nazywamy czujnik temperatury wykorzystujący zjawisko Seebecka. Składa się z pary (dwóch) różnych przewodników spojonych na obu końcach. Jedno złącze umieszczane jest w miejscu pomiaru, podczas gdy drugie utrzymywane jest w stałej temperaturze odniesienia. Pod wpływem różnicy temperatury między miejscami złączy (pomiarowego i "odniesienia") powstaje różnica potencjałów (siła elektromotoryczna), zwana w tym przypadku siłą termoelektryczną, proporcjonalna do różnicy tych temperatur. Wyraża się ją wzorem:

ε = α₁(T – T₀) + α₂(T – T₀)²

Zjawiskiem Seebecka polega na powstawaniu siły elektromotorycznej w obwodzie zawierającym dwa metale lub półprzewodniki gdy ich złącza znajdują się w różnych temperaturach.

W każdej temperaturze istnieje pewna ilość elektronów, które posiadają energię kinetyczną wystarczającą do wykonania pracy wyjścia W, a zatem do wyjścia na powierzchnię metalu. Te elektrony tworzą tzw. prąd termoemisji skierowany prostopadle do powierzchni metalu. Gęstość prądu termoemisji określa prawo Richardsona - Dushmana i wynosi odpowiednio:

Gdy oba przewodniki zbliżymy na bardzo małą odległość, elektrony opuszczające metal A będą przechodziły do metalu B i odwrotnie.

Siła termoelektryczna może wystąpić także w przewodniku jednorodnym ( bez złącz), gdy między jego końcami wytworzymy różnicę temperatur. To zjawisko nosi nazwę efektu Thomsona i jest konsekwencją zależności energii Fermiego od temperatury.

.

Efekt Peltiera – jedno ze zjawisk termoelektrycznych w ciałach stałych, polega na wydzielaniu lub pochłanianiu energii, pod wpływem przepływu prądu elektrycznego przez złącze. W wyniku pochłaniania energii na jednym złączu i wydzielania energii na drugim, pomiędzy złączami powstaje różnica temperatur. Jest odwrotne do efektu Seebecka.

W celu znalezienia napięć termoelektrycznych odpowiadających określonym różnicom temperatur stosujemy układ, w którym jedno złącze znajduje się w naczyniu zawierającym mieszaninę wody z lodem, gwarantującą stałą T = 0^oC, a temperaturę drugiego złącza zmieniamy. Podnosząc stopniowo temperaturę mierzymy odpowiadające jej napięcie termoelektryczne.

Zalety termopar:

• nie wymagają zewnętrznego zasilania,

• niewielkie rozmiary - możliwość lokalnego pomiaru temperatury,

• niska pojemność cieplna, mała bezwładność czasowa,

• szeroki zakres pomiarowy przy dość dobrej liniowości,

• prostota budowy, duża niezawodność.

1. Przebieg ćwiczenia

   1. Zestawić układ pomiarowy.

   2. Przez zwarcie zacisków miliwoltomierza znaleźć wskazanie zerowe.

   3. Podgrzewając stopniowo złącze termopary, mierzyć temperaturę co około 5^oC i odpowiadające jej napięcia termoelektryczne.

   4. Podobne pomiary wykonać w czasie stygnięcia.

   5. Wykreślić zależność napięcia termoelektrycznego od temperatury.

   6. Jeżeli punkty wykresu układają się wokół linii prostej, znaleźć współczynnik termoelektryczny α₁, stosując regresję liniową. Jeżeli wykres jest wyraźnie nieliniowy, wyznaczyć współczynnik osobno dla początku i końca zakresu. W tym celu dwukrotnie zastosować regresję liniową tylko dla kilku punktów pomiarowych, odpowiednio początkowych i końcowych.

   7. Znaleźć błędy współczynnika nachylenia.

   8. Zaokrąglić wyniki i błędy oraz zrobić zestawienie końcowe.

2. Wyniki pomiarów i obliczenia

Termopara A

Temperatura [^oC]	Napięcie termoelektryczne [mV]
	grzanie
25	122
30	143
35	164
40	189
45	209
50	235
55	262
60	290
65	310
70	335
75	363
80	391
85	419
90	443
95	471
100	495

Wykres napięcia termoelektrycznego od temperatury:

Obliczenia wykonane przy pomocy programu Stat-S:

Współczynnik nachylenia: 0,00507279 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$

Błąd współczynnika: 0,0000397675 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$

Współczynnik termoelektryczny α_A = 0,00507279 ± 0,0000397675 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$

Termopara B

Temperatura [^oC]	Napięcie termoelektryczne [mV]
	grzanie
27	97
30	104
35	118
40	133
45	148
50	162

Wykres napięcia termoelektrycznego od temperatury:

Obliczenia wykonane przy pomocy programu Stat-S:

Współczynnik nachylenia: 0,002922 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$

Błąd współczynnika: 0,0000880486 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$

Współczynnik termoelektryczny α_B = 0,002922 ± 0,0000880486 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$

Termopara C

Temperatura [^oC]	Napięcie termoelektryczne [mV]
	grzanie
27	70
30	77
35	91
40	107
45	124
50	140

Wykres napięcia termoelektrycznego od temperatury:

Obliczenia wykonane przy pomocy programu Stat-S:

Współczynnik nachylenia: 0,00311151$\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$

Błąd współczynnika: 0,000111249 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$

Współczynnik termoelektryczny α_C = 0,00311151 ± 0,000111249 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$

Zestawienie wyników współczynników termoelektrycznych poszczególnych termopar:

Termopara A: α_A = 0,0051 ± 0,00004 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$

Termopara B: α_B = 0,0029 ± 0,000088 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$

Termopara C: α_C = 0,0031 ± 0,00011 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$

1. Przyrządy użyte do wykonania ćwiczenia

• Termopary

• Miliwoltomierz

• Termometr

• Grzejnik

• Naczynia

• Lód

1. Wnioski

Celem ćwiczenia było wyznaczenie współczynników termoelektrycznych trzech termopar. Na stanowisku pomiarowym zainstalowane były trzy termopary, przez co pomiary były utrudnione. Dodatkową trudność w odczytaniu wartości napięcia były bardzo szybkie zmiany temperatury.

Otrzymano współczynniki wynoszące odpowiednio dla termopary A: 0,0051 ± 0,00004 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$, termopary B: 0,0029 ± 0,000088 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$, termopary C: 0,0031 ± 0,00011 $\lbrack\frac{V}{o_{C}}\rbrack$.

Współczynnik korelacji we wszystkich przypadkach był bardzo zbliżony do 1 dlatego, można przyjąć że zależność napięcia termoelektrycznego od temperatury zmienia się liniowo.