,Laboratorium podstaw fizyki,篸anie modu艂u Peltiera

Laboratorium z fizyki og贸lnej

Sprawozdanie z 膰wiczenia nr 21

Temat 膰wiczenia : Badanie modu艂u Peltiera

Program 膰wiczenia :

1. Pomiar mocy ch艂odz膮cej i grzejnej oraz sprawno艣ci modu艂u Peltiera

2. Wyznaczenie zale偶no艣ci temperatury gor膮cego ko艅ca modu艂u Peltiera od mocy

pr膮du zasilaj膮cego modu艂

3. Badanie przetwarzania energii cieplnej na elektryczn膮

4. Pomiar wilgotno艣ci powietrza

Wst臋p

Efekt Peltiera polega na wykonywaniu pracy z wydzieleniem b膮d藕 pobraniem ciep艂a przez kontakt dw贸ch metali. Ilo艣膰 tego ciep艂a jest proporcjonalna do kontaktowej r贸偶nicy potencja艂贸w mi臋dzy metalami i wynosi Q= 蟺q , gdzie

蟺 jest si艂膮 elektromotoryczn膮 Peltiera (zale偶n膮 od rodzaju metali i temperatury),

q jest 艂adunkiem przep艂ywaj膮cym przez z艂膮cze,

czyli inaczej Q=蟺 I t.

Obok si艂y elektromotorycznej Peltiera w obwodzie, w kt贸rego fragmentach z艂o偶onych z jednorodnych metali wyst臋puj膮 gradienty temperatur wyst臋puj膮 gradienty koncentracji i wytwarzaj膮 si臋 si艂y elektrmotoryczne Thompsona, kt贸rych suma wyra偶a si臋 w przybli偶eniu zale偶no艣ci膮 : 蔚 = (蟽B- 蟽A)螖T, gdzie :

蟽 jest wsp贸艂czynnikiem Thompsona dla danego przewodnika.

Oba te efekty wyst臋puj膮c 艂膮cznie daj膮 si艂臋 elektromotoryczn膮 Seebecka :

蔚 = 蟺1- 蟺2 + (蟽B- 蟽A)螖T, kt贸ra jest w przybli偶eniu liniowa.

Praca wyj艣cia

Praca wyj艣cia w og贸lno艣ci jest r贸偶nic膮 energii elektronu swobodnego w pr贸偶ni i w przewodniku. Jest wi臋c energi膮 jak膮 nale偶y dostarczy膰 elektronowi, aby ten m贸g艂 opu艣ci膰 przewodnik. Zastosowanie pracy wyj艣cia jako parametr charakteryzuj膮cy konkretne przewodniki wymusi艂o sprecyzowanie poziomu energetycznego, od kt贸rtego praca wyj艣cia b臋dzie liczona. Tym charakterystycznym dla ka偶dego przewodnika poziomem jest poziom Fermiego, kt贸ry okre艣la 艣redni膮 energi臋 elektron贸w swobodnych.

EF=EFo,

EFo : jest poziomem Fermiego w temperaturze zera bezwzgl臋dnego.

Tak wi臋c praca wyj艣cia jest r贸偶nic膮 energii elektronu w pr贸偶ni i energii Fermiego danego przewodnika.

ad. 1)

Wyniki serii pomiar贸w :

t [s] Tg Tz
0 19.5 19.3
30 20.9 18.4
60 21.4 17.3
90 21.8 16.3
120 22.2 15.2
150 22.5 14.4
180 22.8 13.6
210 22.9 12.9
240 23.2 12.4
270 23.3 11.8
300 23.6 11.3
360 23.9 10.5
420 24.2 9.9
480 24.3 9.4
540 24.4 9.0
600 24.7 8.7

Parametry pr膮du : U=0.8V 卤13% (odczyt z zasilacza : b艂膮d dyskretyzacji)

I = 2.5 A 卤12% ( niedok艂adno艣膰 ustawienia)

Pel=2 W 卤25%

Wykres zale偶no艣ci temperatur ko艅ca gor膮cego Tg i ko艅ca zimnego Tz modu艂u Peltiera od czasu dla przep艂ywaj膮cego pr膮du o nat臋偶eniu 2.5 A

Nachylenie zale偶no艣ci Tz(t) w chwili t=0 przyjmuj臋 :

= |Tz(30) -Tz(0)| /30 = 0.9/30 = 0.03 K/s

Moc ch艂odz膮c膮 licz臋 ze wzoru : Pch艂 = mc , gdzie m=20.0g 卤0.5% ; c=386 J/kgK

Pch艂 = 0.23 W

Wsp贸艂czynnik sprawno艣ci ch艂odzenia : 畏=Pch艂/Pel =0.23/2 = 11.5 %

Przyjmuj膮c 未= 0.2/0.9 = 22 % ( przyjmuj臋 dok艂adno艣膰 odczytu pojedynczego pomiaru 螖T = 0.1 C ) :

未Pch艂= (0.5+22) % =22.5 %

未畏 = 未Pch艂 + 未Pel = (22.5+25)%= 47.5 %

Nachylenie zale偶no艣ci Tg(t) w chwili t=0 przyjmuj臋 :

= |Tg(30) -Tg(0)| /30 = 1.4/30 = 0.047 K/s

Moc grzejn膮 licz臋 ze wzoru : Pgrz = mc

Pgrz = 0.36 W

Wsp贸艂czynnik sprawno艣ci grzania: 畏=Pgrz/Pel =0.36/2 = 18 %

未= 0.2/1.4 = 14 %

未Pch鲁= (0.5+14) % =14.5 %

未畏 = 未Pch鲁 + 未Pel = (14.5+25)%= 39.5 %

ad. 2)

Pr膮d [A] U [V] Moc P [W] 未P [%] Uterm[mV] Tgor[st.C]
2.48 1.1 2.73 21 2.78 69.5
2.04 0.9 1.83 26 2.53 63.2
1.52 0.7 1.06 34 2.35 58.9
1.02 0.4 0.40 54 1.88 47.2
0.5 0.25 0.12 100 1.40 35.4

B艂膮d pomiaru mocy dyskwalifikuje wyniki.

ad. 3)

delta T [C] Una 4惟[mV] Moc [mW]
11.9 33.8 0.286
9.9 27.3 0.186
8.9 24.2 0.146
7.9 21.2 0.112
6.9 18.3 0.084
5.9 15.1 0.057
4.9 12.5 0.039
3.9 9.7 0.024
2.9 7.0 0.012

Moc zosta艂a obkliczona ze wzoru :

P = , R = 4惟

ad. 4)

Pomiar wilgotno艣ci powietrza opiera艂 si臋 na pomiarze punktu rosy, czyli temperatury przy kt贸rej para wodna zawarta w powietrzu osi膮ga艂a nasycenie skraplaj膮c si臋 na powierzchni ch艂odzonego bloku. Otrzymana z tablic g臋sto艣膰 pary nasyconej r贸wna jest g臋sto艣ci pary wodnej zawartej w tym samym powietrzu o wy偶szej temperaturze. Zatem stosunek tej g臋sto艣ci do g臋sto艣ci pary nasyconej w danej temperaturze okre艣la wilgotn艣膰 wzgl臋dn膮.

Parametry powietrza odczytane z przyrz膮d贸w laboratoryjnych :

wilgotno艣膰 : 42.5 卤2 %

temperatura : To = 20 卤0.2 C

Zmierzona temperatura punktu rosy : Tr = 9.5 C

Odczytane z tablic g臋sto艣ci pary wodnej w odpowiednich temperaturach :

T [C] 蟻[g/m3]
9.5 8.4
20.0 17.3

Wilgotno艣膰 wzgl臋dna : 蟻(Tr)/蟻(To) = 48 %

Po przyj臋ciu 螖Tr = 2 C,

b艂膮d wilgotno艣ci mo偶na wyrazi膰 jako :

螖蟻(Tr)=(d蟻(Tr)/dTr)*螖Tr = 0.25*2 = 0.5 [g/m3] , 未蟻=未wilgotno艙ci = 6 %

螖wilgotno艣ci = 卤3 %

Wnioski

Uzyskane w 膰wiczeniu wyniki charakteryzuj膮 si臋 bardzo du偶ym b艂臋dem czasami wr臋cz (jak np. w przypadku pomiaru zale偶no艣ci temperatury od mocy) dyskwalifikuj膮cym pomiar. B艂臋dy zwi膮zane z wyznaczeniem mocy pr膮du zasilaj膮cego modu艂 Peltiera, wynikaj膮 z niedok艂adno艣ci miernika wbudowanego w zasilacz (dot. szczeg贸lnie woltomierza) i narzucaj膮 konieczno艣膰 u偶ycia przy pomiarach dodatkowego woltomierza mierz膮cego napi臋cie na module Peltiera (nie by艂 on dost臋pny w trakcie wykonywania pomiar贸w). Dodatkow膮 sugesti膮 dotycz膮c膮 przygotowania stanowiska laboratoryjnego jest u偶ycie dw贸ch jednakowych miernik贸w do pomiaru temperatur obu ko艅c贸w modu艂u Peltiera (zamiast jednego wyskalowanego w C i drugiego w woltach), co u艂atwi艂oby kontrolowanie przebiegu pomiar贸w w trakcie ich wykonywania.

R贸偶nica mi臋dzy zmierzon膮 charakterystyk膮 grzania i ch艂odzenia, polegaj膮ca na szybszym sp艂aszczeniu tej pierwszej wynika z roli jak膮 odgrywa艂a p艂yta aluminiowa odprowadzaj膮ca ciep艂o od gor膮cego ko艅ca modu艂u Peltiera, nie pozwalaj膮c mu osi膮gn膮膰 wy偶szych temperatur. Zimny koniec by艂 w tym czasie w kontakcie z p艂yt膮 z tekstolitu, kt贸ra charakteryzuje si臋 mniejszym wsp贸艂czynnikiem przewodnictwa cieplnego, a wi臋c by艂 w mniejszym stopniu ogrzewany przez otoczenie.

Badany modu艂 Peltiera wykaza艂 stosunkowo nisk膮 sprawno艣膰 ch艂odzenia. W praktycznych zastosowaniach stosuje si臋 materia艂y p贸艂przewodnikowe, kt贸re ze wzgl臋du na wi臋ksz膮 zale偶no艣膰 koncentracji no艣nik贸w od temperatury charakteryzuj膮 si臋 wy偶sz膮 sprawno艣ci膮.

Zale偶no艣膰 mocy od r贸偶nicy temperatur mi臋dzy dwoma ko艅cami modu艂u Peltiera jest zale偶no艣ci膮 kwadratow膮, jako 偶e zale偶no艣膰 si艂y elektromotorycznej Seebecka od 螖T jest w przybli偶eniu liniowa.

Pomiar wilgotno艣ci da艂 wynik, z uwzgl臋dnieniem b艂臋du, bliski odczytowi z wilgotno艣ciomierza znajduj膮cego si臋 w pracowni.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
,Laboratorium podstaw fizyki,?danie drga艅 wymuszonych
,Laboratorium podstaw fizyki,?danie zale偶no艣ci rezystancji od temperatury dla metali i p贸艂przewodnik
,Laboratorium podstaw fizyki,?DANIE RUCHU PRECESYJNEGO 呕YROSKOPU
,Laboratorium podstaw fizyki,?DANIE W艁ASNO艢CI DIOD P脫艁PRZEWODNIKOWYCH
,Laboratorium podstaw fizyki,?danie w艂a艣ciwo艣ci tranzystor贸w
fiele25, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizykii, Lab
,Laboratorium podstaw fizyki, WYZNACZANIE WSP脫艁CZYNNIKA ROZSZERZALNO艢CI LINIOWEJ METOD膭
Laboratorium podstaw fizyki 膰w ?
Laboratorium Podstaw Fizykipa
Laboratorium Podstaw Fizykiw
Laboratorium Podstaw Fizyki id Nieznany
fiele15, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizykii, Lab
,laboratorium podstaw fizyki, pytania do laborek
,laboratorium podstaw fizyki,WYZNACZENIE G臉STO艢CI CIA艁 STA艁YCH
,Laboratorium podstaw fizyki, Sprawdzanie prawa Stefana Boltzmanna
Laboratorium podstaw fizyki 膰w 3 d, e
Laboratorium podstaw fizyki 膰w 8
,laboratorium podstaw fizyki,pomiar i mieszanie?rw

wi臋cej podobnych podstron