1 TD Rzeszów 2010.01.04

Rok akademicki 2009/10

Kuźniar Mateusz

Gr. L5

Sprawozdanie z laboratorium

Fizyka

Nr ćwiczenia 22

Cechowanie termopary

1. Zagadnienia do samodzielnego opracowania:

1. Zjawisko kontaktowe metal-metal.

Między stykającymi się ośrodkami (dielektrykami) wytwarza się określona różnica potencjału, którą nazywamy napięciem kontaktowym. Powierzchnia styku o niższym potencjale ładuje się ujemnie, powierzchnia styku ośrodka o wyższym potencjale ładuje się dodatnio, czyli na powierzchni styku wytwarza się podwójna warstwa elektryczna. Powstawanie napięcia kontaktowego można tłumaczyć różnicą sił przyciągania ładunków dodatnich i ujemnych przez cząsteczki różnych ciał. W jednym ciele rodzaj cząstek jest ten sam w całym ciele i wobec tego ładunki są równomiernie przyciągane. W przypadku zbliżenia dwóch ciał na odległość działania sił międzyczasteczkowych, ciało, którego cząsteczki wykazują większą siłę przyciągania dla ładunków dodatnich, nagromadzi ich na swej powierzchni więcej niż drugie ciało, które dzięki temu będzie miało przewagę ładunków ujemnych. Wskutek nierównomiernego podziału ładunków na powierzchniach styku obu ciał wytwarza się różnica potencjałów, równoważąca działanie sił między cząsteczkowych obu ciał. Siły wywołujące tę różnicę potencjałów sa nazywane siłami elektromotorycznymi.

1. Siła termoelektryczna.

W zamkniętym obwodzie złożonym z dwóch z dwóch różnych metali płynie prąd elektryczny, jeżeli jedno miejsce styku jest ochłodzone, a drugie ogrzewane. Siła termoelektryczna jest proporcjonalna do różnicy temperatur styków. Połączoną w ten sposób parę metali nazywamy termoelementem. Najprostsze wytłumaczenie powstawania prądu termoelektrycznego można podać zakładając, że przy ogrzaniu zmienia się wartość napięcia kontaktowego stykających się metali.

1. Metodologia wykonania pomiarów :

1. Połączyć układ wg. schematu:

2. Złącza termopar umieścić w mieszaninie lodu z wodą. Temperatury T₁ i T₂ winny być takie same i i wynosić 0⁰ C. Następnie stopniowo podgrzewając kąpiel złącza notować różnicę temperatur co 5⁰ C i odpowiadające mu jednocześnie wskazania miliwoltomierza

3. Korzystając ze wzoru

E = k (T₂ - T₁ )

obliczyć współczynnik termoelektryczny „ k ” oraz błąd Δk.

4. Narysować zależność E = f ( T ). Na wykresie zaznaczyć błędy pomiarowe ΔT i ΔE

1. Tabela pomiarowa.

T0 [K]	T1 [K]	T1 - T0 [K] = T [^oC]	E [mV]
273	273 278 283 288 293 298 303 308 313 318 323 328 333 338 343 348 353 358 363 368 373	0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100	0 0,11 0,32 0,55 0,73 0,94 1,14 1,34 1,55 1,74 1,92 2,12 2,32 2,49 2,72 2,94 3,13 3,32 3,53 3,73 3,85

1. Wykres.

2. Obliczenia.

Wykres zależności ε = f(T) wykonuję w programie OriginLab, za niepewności pomiarowe przyjmuję odpowiednio u(T)=1^oC ,ponieważ jest to dokładność podziałki termometru a za u(ε)=0.01mV ,gdyż jest to dokładność z jaką można odczytać wartość napięcia z multimetru cyfrowego.

Używając powyższego programu dopasowuję prostą metodą najmniejszych kwadratów, współczynnik α odczytuję z legendy wykresu i wynosi on α=0.03998.

Odchylenia standardowe odczytuję również z legendy dołączonej do wykresu i wynoszą one odpowiednio u(a)=±0.00032 [$\frac{\text{mV}}{K}$]

Obliczam współczynnik $\overset{\overline{}}{a}$ ze wzoru:

$$\overset{\overline{}}{a} = \frac{\sum_{i = 1}^{n}{x_{i}y_{i}}}{\sum_{i = 1}^{n}x^{2}}$$

$\overset{\overline{}}{a} =$0,04

Współczynnik α badanej termopary:

α=(39,9±0,8)x10^-3

Liczę niepewność względną u(α) ze wzoru , która wynosi 0.0008

1. Wnioski.

Na podstawie tabel katalogowych termopar zawierających dane o sile termoelektrycznej w funkcji temperatury oraz współczynnika termoelektrycznego stwierdzam, że badana termopara jest termoparą, zbudowaną z mieszaniny metali nikiel-chrom/nikiel-aluminium.