Piotr Kucab Rzeszów, 18.03.2008 r.

I BD, LP6

POLITECHNIKA RZESZOWSKA WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I INŻYNIERII ŚRODOWISKA KATEDRA FIZYKI

Laboratorium z fizyki

Ćw. 22 Cechowanie termopary

I. Wymagania do ćwiczenia:

Temperatura - jedna z podstawowych w termodynamice wielkości fizycznych (parametrów stanu) ^[1], będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, z termodynamicznego bowiem punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii. Temperatura jest miarą "chęci" do dzielenia się ciepłem. Jeśli dwa ciała mają tę samą temperaturę, to w bezpośrednim kontakcie nie przekazują sobie ciepła, gdy zaś mają różną temperaturę, to następuje przekazywanie ciepła z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej - aż do wyrównania się temperatur obu ciał.

Pomiar temperatury - może być realizowany na wiele sposobów. W zależności od interakcji pomiędzy badanym obiektem pomiarowym a czujnikiem pomiarowym wyróżnić można:

• pomiar dotykowy (pomiar kontaktowy) - czujnik (termometr) styka się z obiektem, którego temperaturę mierzymy

• pomiar bezdotykowy (pomiar bezkontaktowy) - poprzez pomiar parametrów promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez rozgrzane ciało (promieniowanie cieplne) np. długości fali, ilości emitowanej energii przez obiekt.

Zjawisko Seebecka - zjawisko termoelektryczne polegające na powstawaniu siły elektromotorycznej i w konsekwencji tego przepływie prądu elektrycznego w miejscu styku dwóch metali lub półprzewodników o różnych temperaturach, w zamkniętym obwodzie termoelektrycznym. Odkryte w 1821 roku przez fizyka niemieckiego (pochodzenia estońskiego) Th. J. Seebecka. Zjawisko to jest wykorzystywane m.in. w termoparze.

Siła elektromotoryczna (SEM) - energia elektryczna, jaką uzyskuje jednostkowy ładunek elektryczny w źródle prądu elektrycznego. Źródło zwiększa energię elektryczną kosztem energii innego rodzaju. Źródłami siły elektromotorycznej mogą być generatory elektryczne (prądu stałego i zmiennego), baterie, termopary, fotoogniwa. Siła elektromotoryczna jest często oznaczana przez
. Jednostką siły elektromotorycznej jest volt równy ilości dżuli przypadających na ładunek elektryczny jednego kulomba

Termopara (termoogniwo, termoelement, ogniwo termoelektryczne) to czujnik temperatury wykorzystujący zjawisko Seebecka, będący połączeniem dwóch różnych mmetali.Składa się z dwóch różnych metali (drucików), spojonych na jednym końcu (strona pomiarowa). Pod wpływem różnicy temperatury powstaje siła elektromotoryczna zwana w tym przypadku siłą termoelektryczną na końcach niepołączonych (zimnych) proporcjonalna do różnicy temperatur pomiędzy temperaturą spoiny pomiarowej, a temperaturą spoin odniesienia (zimnych, wolnych końców). Spoina pomiarowa może znajdować się w obudowie, którą następnie instalujemy w miejscu pomiaru temperatury. Termopary odznaczają się dużą niezawodnością, dokładnością i elastycznością konstrukcji, co pozwala na ich zastosowanie w różnych warunkach.

Materiały wykorzystywane do budowy termoelementów powinny w miarę możliwości posiadać:

• wysoką temperaturę topnienia,

• dużą odporność na czynniki zewnętrzne,

• małą rezystywność,

• wysoką temperaturę pracy ciągłej,

• mały współczynnik cieplny rezystancji,

• niezmienność parametrów w czasie.

Kontaktowa różnica potencjałów, różnica potencjałów elektr. ustalająca się w stanie równowagi termodynamicznej na styku 2 ciał: metali i/lub półprzewodników;

II. Wykonanie ćwiczenia:

1. Zestawić układ do wyznaczania charakterystyki termopary.

2. Złącza termopary umieścić w mieszaninie lodu z wodą. Temperatury
   i
   winny być takie same i wynosić
   (
   ). Włączyć miliwoltomierz i sprawdzić czy wskazania miernika są zerowe. Podgrzewać kąpiel otaczającą złącze znajdujące się w temperaturze
   . Notować wskazania miliwoltomierza w temperaturze
   , przyjmując
   , jeśli prowadzący nie zleci inaczej. Należy przy tym pamiętać, by temperatura
   nie zmieniała się w czasie - mieszaninę wody z lodem należy mieszać. Szybkość przyrostu temperatury nie powinna być większa od
   , ogranicza to niepewności pomiarowe wynikające z bezwładności układu.

3. Uzyskane wyniki zamieścić w tabeli pomiarowej.

III. Tabelka pomiarowa:

				α
[^0C]	[^0C]	[^0C]	[mV]	[mV / ^0C]	[mV / ^0C]
1	5	4	0,15	0.0405	0.0405 0.001415
1	10	9	0,33
1	15	14	0,52
1	20	19	0,73
1	25	24	0,93
1	30	29	1,13
1	35	34	1,33
1	40	39	1,53
1	45	44	1,73
1	50	49	1,93
1	55	54	2,14
1	60	59	2,35
1	65	64	2,55
1	70	69	2,75
1	75	74	2,96
1	80	79	3,16
1	85	84	3,36
1	90	89	3,57
1	95	94	3,78
1	100	99	3,97

IV. Opracowanie wyników pomiarów

Błedy pomiarów:

∆T=1[˚C]

∆ε=0.01[mV]

Odchylenia standardowe u(a), u(b):

V. Wykres

VI. Wnioski :

Na podstawie wykonanego ćwiczenia możemy stwierdzić że napięcie panujące na termoogniwie jest wprost proporcjonalne do różnicy temperatur w których znajdują się poszczególne jego części. Na podstawie tabel katalogowych termopar zawierających dane o sile termoelektrycznej w funkcji temperatury oraz współczynnika termoelektrycznego stwierdzam, że badana termopara jest termoparą typu Fe- konstantan.

---