Pracownia Zakładu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej
Nazwisko i imię studenta IGNATOWICZ PAWEŁ
|
Symbol grupy MD 103.1 c |
||||||
Data wyk. Ćwiczenia
1999-11-04
|
Symbol ćwiczenia
E 11.2 |
Temat zadania Wyznaczanie zdolności termoelektrycznej termoogniwa i względnej koncentracji swobodnych elektronów w metalach |
|||||
|
ZALICZENIE |
|
|
Ocena |
Data |
Podpis |
|
Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie zdolności termoelektrycznej termo ogniwa oraz względnej koncentracji elektronów swobodnych w metalach.
|
T1 [K] |
T2 [K] |
R0 [kΩ] |
u0 [mV] |
R d [Ω ] |
U [mV] |
α [mV/K] |
α [mV/K] |
n1/n2 |
|
|
|
|
1000 |
2.06 |
0.0429 |
|
|
|
|
|
|
|
2000 |
1.37 |
0.0430 |
|
|
|
|
|
|
|
3000 |
1.03 |
0.0432 |
|
|
|
|
|
|
|
4000 |
0.82 |
0.0430 |
|
|
|
371.00 |
276.00 |
1000 |
4.16 |
5000 |
0.68 |
0.0427 |
0.0431 |
1.65 |
|
|
|
|
|
6000 |
0.59 |
0.0434 |
|
|
|
|
|
|
|
7000 |
0.52 |
0.0431 |
|
|
|
|
|
|
|
8000 |
0.46 |
0.0435 |
|
|
|
|
|
|
|
9000 |
0.41 |
0.0431 |
|
|
|
|
|
|
|
10000 |
0.38 |
0.0440 |
|
|
|
11. |
|
|
|
|
11000 |
0.34
|
0.0428 |
|
|
Obliczenia przykładowe.
mV/K średnia wartość zdolności termoelektrycznej
Z wzoru obliczmy swobodną koncentracje elektronów
e = 1.6*10-19 C
-23 J/K
3. Część teoretyczna
Ogniwo termoelektryczne stanowi układ różnych przewodników lub półprzewodników, przekształcających energię procesów cieplnych w energię elektryczną. Jego działanie jest praktycznym wykorzystaniem zjawiska Seebecka, polegającym na powstawaniu siły elektromotorycznej w obwodzie złożonym z różnych przewodników, jeśli miejsca ich połączeń mają różne temperatury. Powstającą w takim obwodzie siłę elektromotoryczną nazywa się SEM termoelektryczną. Na styku (na spoinie) powstaje różnica potencjałów zwana napięciem kontaktowym. Napięcie kontaktowe uwarunkowane jest różnymi pracami wyjścia A elektronu z metali i różną koncentracją n swobodnych elektronów.
Zakładając że: A1 < A2
gdzie A1, A2 -praca wyjścia elektronów z metalu M1, M2
Metal M1 uzyskuje ładunek dodatni, metal M2 - ujemny. Pomiędzy metalami powstaje różnica .potencjałów
.
e- ładunek elektryczny
Jeżeli połączone ze sobą metale mają różne koncentracje swobodnych elektronów
n1>n2
to w wyniku dyfuzyjnego przejścia, metale ładują się równomiernie a na ich granicy wytwarza się różnica potencjałów
Ln
której wartość zależy tylko od temperatury T. Napięcie kontaktowe jest sumą
(1.1)
W spoinie osiągnięty zostaje po pewnym czasie stan równowagi dynamicznej, który może być naruszony przez zmianę temperatury spojenia aż do osiągnięcia nowego stanu równowagi dynamicznej, napięcie kontaktowe osiągnie wartość:
(1.2
SCHEMAT IDEOWY TERMO OGNIWA
n1 > n2
M1n1
A B
T
M2n2
Spojenia A i B utrzymywane w temperaturach T i (T+)
SEM termoelektryczna działająca w tym ogniwie jest algebraiczną sumą napięć kontaktowych
(1.3)
Po podstawieniu do równania (1.3) zależności (1.1) i (1.2) , SEM termoelektryczną możemy zapisać wzorem:
(1.4)
Dla określonej pary metali:
gdzie
Wielkość nazywa się współczynnikiem SEM termoelektrycznej lub zdolnością termoelektryczną
Obecnie termo ogniwa mają szerokie zastosowanie techniczne; w szczególności przy pomiarach temperatur.
4. Wykonanie ćwiczenia
Obwód elektryczny
V
R0 R d
M2
M1
T1 T2
Termo ogniwo podłączone szeregowo z opornikiem R0 i opornikiem dekadowym R d
Natężenie prądu spełnia równanie:
=i ( R w + R0 + R d ) (1.5)
gdzie
R w - opór elektryczny metali tworzących termo ogniwo
=i0 ( R w + R0 )
czyli
R w + R0=
po wstawieniu do równania (1.5) otrzymuje się
R d )
a po przekształceniu
R d (1.6)
Woltomierz wskaże napięcie U0 jeśli w obwodzie popłynie prąd o natężeniu i0
U0=i0 R0
natomiast przy przepływie prądu o natężeniu i , woltomierz wskaże napięcie
U= i R0
czyli : i0= oraz i=
Podstawiając powyższe wzory do równania (1.6) siła elektromotoryczna będzie określona :
SEM termo ogniwa związana jest z różnicą temperatur spojeń , to zdolność termoelektryczna termo ogniwa :
Obliczam błąd względny maksymalny metodą różniczkowania funkcji:
5.Opracowanie wynikow.
Błąd względny maksymalny procentowo wynosi
Błąd względny popełniony wynosi:
7
5