Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej	Laboratorium Fizyki Ogólnej CII Ćw. nr: 20 Temat: Skalowanie termopary i wyznaczanie temperatury krzepnięcia stopu.
Wydział:M.-E rok 1	Data: 3.03.2000	Ocena:

Cel ćwiczenia:

1) wyznaczenie siły termoelektrycznej w zależności od różnicy temperatur

spoin termopary (cechowanie termopary);

2) wyznaczenie temperatury krzepnięcia stopu metalu.

Część teoretyczna ( opis zjawiska fizycznego ).

Zjawisko termoelektryczne polega na powstawaniu siły elektromotorycznej

miedzy spoinami dwóch różnych metali, jeśli miedzy tymi spojeniami występuje

różnica temperatur. Zjawisko to wykorzystuje się do pomiaru temperatury.

SEM powoduje przepływ prądu (
,
{napięcie kontaktowe} ) ;

nazywamy ja siła termoelektryczna. Jej wartość zależy od rodzaju stykających

się metali oraz od różnicy temperatur spojeń.

W praktyce do pomiaru siły termoelektrycznej stosuje się miernik, którego

zaciski, przewody doprowadzające oraz sam ustrój pomiarowy mogą być

wykonane z innych metali niż termopara. Jeżeli w obwód termopary

włączymy inne przewodniki, tak aby dodatkowe spojenia miały ta sama

temperaturę, to siła termoelektryczna nie ulegnie zmianie ( jest to tzw. "prawo

trzeciego metalu" ). Zwykle jako temperaturę odniesienia przyjmuje się

temperaturę 273 K, która łatwo uzyskać wykorzystując mieszaninę wody

z lodem. Aby zabezpieczyć te mieszaninę przed poborem ciepła z otoczenia,

umieszcza się ja wewnątrz naczynia Devara (w termosie).

Jeżeli podczas stygnięcia ciała zachodzi przemiana fazowa pierwszego . rodzaju {np.krzepnięcie} to z przemianą tą związany jest efekt . polegający na wydzielaniu ciepła bez zmiany temperatury ciała. . W rozpatrywanym przypadku jest to temperatura krzepnięcia.

Ciepłem przemiany fazowej {krzepnięcia, topnienia, parowania, . skraplania, itd.} nazywamy ilość ciepła wydzielonego przez ciało . podczas przemiany fazowej bez zmiany temperatury.

W temperaturze przemiany fazowej na krzywej stygnięcia pojawia się . plateau-pozioma część wykresu. Temperatura na której jest obserwowane . plateau odpowiada temperaturze przemiany fazowej-krzepnięcia.

Część doświadczalna:

1) Cechowanie termopary:

a) zmontowanie układu w/g schematu:

1) woltomierz, 3c) tygiel,

2) kuchenka elektryczna, 4) mieszadło,

3a) naczynie z woda, 5) termometr.

3b) naczynie z lodem+woda,

TABELA POMIARÓW SKALOWANIA TERMOPARY

I	t	U(t)	α
		^0C	mV	mV/ C
	26	1,013	0,039
	28	1,095	0,039
	30	1,175	0,039
	32	1.256	0,039
	34	1,340	0,039
	36	1,431	0,039
	38	1.512	0,039
	40	1.596	0,039
	42	1,682	0,040
	44	1,765	0,040
	46	1,852	0,040
	48	1,943	0,040
	50	2,032	0,041
	52	2,120	0,041
	54	2,209	0,041
	56	2,291	0,041
	58	2,382	0,041
	60	2,468	0,041
	62	2,560	0,041
	64	2,652	0,041
	66	2,741	0,042
	68	2,830	0,042
	70	2,918	0,042
	72	3,005	0,042
	74	3,105	0,042
	76	3,182	0,042
	78	3,280	0,042
	80	3,378	0,042
	82	3,469	0,042
	84	3,572	0,043
	86	3,660	0,043
	88	3,760	0,043
	90	3,850	0,043

Wartość średnia: 0,041

T ABELA POMIARÓW STYGNIĘCIA STOPU WOODA CZ.1

i	τ	U(t)	I	τ	U(t)	i	τ	U(t)
	s	mV		s	mV		s	mV
1	20	3,6	43	860	1,682	85	1720	1,358
2	40	3,662	44	880	1,666	86	1740	1,350
3	60	3,461	45	900	1,625	87	1760	1,346
4	80	3,272	46	920	1,636	88	1780	1,342
5	100	3,101	47	940	1,624	89	1800	1,338
6	120	2,948	48	960	1,612	90	1820	1,333
7	140	2,823	49	980	1,599	91	1840	1,330
8	160	2,747	50	1000	1,586	92	1860	1,325
9	180	2,706	51	1020	1,576	93	1880	1,322
10	200	2,683	52	1040	1,565	94	1900	1,316
11	220	2,676	53	1060	1,555	95	1920	1,312
12	240	2,675	54	1080	1,545	96	1940	1,308
13	260	2,679	55	1100	1,536	97	1960	1,305
14	280	2,679	56	1120	1,526	98	1980	1,301
15	300	2,675	57	1140	1,516	99	2000	1,295
16	320	2,661	58	1160	1,509	100	2020	1,288
17	340	2,646	59	1180	1,501	101	2040	1,287
18	360	2,628	60	1200	1,492	102	2060	1,284
19	380	2,604	61	1220	1,485	103	2080	1,281
20	400	2,579	62	1240	1,477	104	2100	1,278
21	420	2,542	63	1260	1,470	105	2120	1,274
22	440	2,479	64	1280	1,462	106	2140	1,271
23	460	2,395	65	1300	1,456	107	2160	1,266
24	480	2,327	66	1320	1,451	108	2180	1,264
25	500	2,255	67	1340	1,444	109	2200	1,260
26	520	2,198	68	1360	1,438	110	2220	1,257
27	540	2,142	69	1380	1,433	111	2240	1,255
28	560	2,095	70	1400	1,426	112	2260	1,251
29	580	2,047	71	1420	1,421	113	2280	1,248
30	600	2,007	72	1440	1,415	114	2300	1,245
31	620	1,966	73	1460	1,409	115	2320	1,242
32	640	1,932	74	1480	1,405	116	2340	1,239
33	660	1,901	75	1500	1,399	117	2360	1,235
34	680	1,870	76	1520	1,394	118	2380	1,232
35	700	1,844	77	1540	1,390	119	2400	1,229
36	720	1,806	78	1560	1,386	120	2420	1,225
37	740	1,793	79	1580	1,381	121	2440	1,222
38	760	1,772	80	1600	1,376	122	2460	1,218
39	780	1,749	81	1620	1,373	123	2480	1,216
40	800	1,731	82	1640	1,370	124	2500	1,212
41	820	1,714	83	1680	1,363	125	2520	1,210
42	840	1,696	84	1700	1,363	126	2540	1,206

TABELA POMIARÓW STYGNIĘCIA STOPU WOODA CZ.2

i	τ	U(t)
	s	mV
127	2560	1,203
128	2580	1,200
129	2600	1,199
130	2620	1,195
131	2640	1,193
132	2660	1,190
133	2680	1,188
134	2700	1,185
135	2720	1,183
136	2740	1,179
137	2760	1,177
138	2780	1,175
139	2800	1,172
140	2820	1,170
141	2840	1,167
142	2860	1,164
143	2880	1,162
144	2900	1,159
145	2920	1,157
146	2940	1,154
147	2960	1,153
148	2980	1,150
149	3000	1,148
150	3020	1,146
151	3040	1,143
152	3060	1,141
153	3080	1,140
154	3100	1,138
155	3120	1,135
156	3140	1,133
157	3160	1,131
158	3180	1,129

Część obliczeniowa :

1. Do wyznaczenia współczynnika termoelektrycznego [] można użyć jeden

z poniżej przedstawionych wzorów :

1. =
, gdzie E
;

k - stała Boltzmana, h - stała Plancka,

E
- energia Fermiego, m - masa elektronu,

e - ładunek elektronu, V - objętość,

N - liczba eletronow.

2. U

lub U
, gdzie U
- kontaktowa różnica potencjałów.

2. Wykres skalowania termopary można aproksymować prostą(funkcją):

y=α Δt gdzie y=U(t) czyli U(t)=αΔt

czyli współczynnik termoelektryczny α możemy określić wzorem:

U(t)

α=

Δt

Ponieważ temperatura t₁ = t a t₂ =0⁰C to wyrażenie możemy zapisać w postaci:

U(t)

α=

t

Przykładowe obliczenia:

1,013

α₁= ≈0,039 mV/⁰C

26

3. Wartość obliczonego współczynnika α0,041[mV/^oC]

4. Wyznaczenie temperatury krzepnięcia stopu metalu :

- z wykresu odczytano wartość 2.680mV;

- w przybliżeniu odpowiada to wartości 65C.

5. Oszacowanie błędów pomiarowych :

- w ćwiczeniu błędem jest napięcie odpowiadające działce elementarnej

woltomierza [
0.001mV ] oraz wskazania termometru odpowiadające

0.5C.

Wnioski:

Przeprowadzone pomiary pozwoliły określić współczynnik termoelektryczny

termopary miedż-konstantan α=0,041 m V/⁰C.Temperatura krzepnięcia

stopu Wooda odczytana z wykresu jego stygnięcia za pomocą wykresu

skalowania termopary wyniosła w przybliżeniu 65⁰C.

Wpływ na niedokładność wyznaczenia wartośći zadanych ma klasa woltomierza

. oraz termometru wzorcowego użytego do skalowania termopary.

2

---