fiele7, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizykii, Laboratorium Podstaw Fizyki, sprawka


POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

INSTYTUT FIZYKI

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 20

Temat: Skalowanie termopary.

Wydział Elektroniki Rok I

Data:

Ocena:

1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest poznanie fizycznych podstaw zjawiska termoelektrycznego i zapoznanie z techniką pomiaru temperatury za pomocą termopary.

2. WSTĘP TEORETYCZNY

Zjawisko termoelektryczne polega na powstaniu siły elektromotorycznej między spojeniami dwóch różnych metali, jeżeli między tymi spojeniami występuje różnica temperatur. Zjawisko to wykorzystuje się do pomiaru temperatury. Zastosowanie termopar umożliwia zdalny pomiar temperatury, rejestrację zmian temperatury, automatyczną regulację procesów technologicznych oraz pomiar temperatury bardzo małych obiektów. Dodatkowymi zaletami termopar są: ich prosta konstrukcja, trwałość, bardzo duży zakres pomiarowy, dokładność i czułość pomiaru oraz mała bezwładność cieplna.

Metal jest zbudowany z jonów dodatnich tworzących sieć krystaliczną oraz elektronów swobodnych poruszających się między tymi jonami. Koncentracja elektronów swobodnych jest różna w różnych metalach, a ponadto zależy od temperatury. W miejscu styku następuje dyfuzja elektronów z metalu o większej koncentracji elektronów swobodnych do metalu o mniejszej koncentracji.

W obwodzie zamkniętym złożonym z dwóch różnych metali, gdy temperatury styków są jednakowe, następuje kompensacja napięcia Uab, powstałego na jednym ze styków, przez napięcie Uba na drugim styku. W obwodzie prąd nie płynie.

Jeżeli temperatury styków będą się różnić między sobą T1≠T2 , to napięcie kontaktowe Uab ≠Uba i w obwodzie popłynie prąd termoelektryczny. Na gruncie elektronowej teorii metali w złączu wykonanym z dwóch metali A i B ,to powstanie kontaktowa różnica potencjałów

,gdzie:

e - ładunek elektronu,

- energia Fermiego dla metalu A

- energia Fermiego dla metalu B.

W praktyce, dla niedużych różnic temperatur między spoinami można przyjąć liniową zależność siły termoelektrycznej od różnicy temperatur.

Stała α nazywa się współczynnikiem termoelektrycznym i oznacza wartość siły termoelektrycznej dla termopary wykonanej z danej pary metali przy różnicy temperatur między spojeniami równej 1 K.

3. SCHEMAT POMIAROWY

Schemat pomiaru temperatury za pomocą termopary

Przed przystąpieniem do pomiaru temperatury przeprowadziliśmy skalowanie termopary. Polega ono na doświadczalnym wyznaczeniu zależności siły termoelektrycznej od temperatury. W tym celu umieszcza się jedno ze spojeń termopary w mieszaninie wody z lodem a drugie w pojemniku, w którym możemy zmieniać temperaturę w sposób kontrolowany. W podgrzewanym naczyniu znajdowała się termopara i termometr.

4. POMIARY I OBLICZENIA

Pomiary przeprowadzone w celu wyskalowania termopery:

t[°C]

U[V]

t[°C]

U[V]

t[°C]

U[V]

t[°C]

U[V]

20

0,607

42

1,531

62

2,413

82

3,343

22

0,692

44

1,619

64

2,508

84

3,440

24

0,771

46

1,706

66

2,595

86

3,533

26

0,859

48

1,790

68

2,689

88

3,666

28

0,937

50

1,880

70

2,779

90

3,756

30

1,024

52

1,971

72

2,874

92

3,865

32

1,102

54

2,058

74

2,969

94

3,958

34

1,188

56

2,144

76

3,054

96

4,054

36

1,275

58

2,236

78

3,148

98

4,158

38

1,360

60

2,327

80

3,243

99

4,205

40

1,444

---

---

---

---

---

---

Wzory i obliczenia.

Podczas ćwiczenia posłużono się wzorem, w którym temperatura wyrażona jest w stopniach Celsjusza. Przy temperaturze odniesienia równej 0 równanie na siłę termoelektryczną wyraźnie się upraszcza do postaci :

stąd dla n pomiarów otrzymujemy :

Badanie zjawiska krzepnięcia metalu.

Opis układu pomiarowego.

Zastosowano ten sam zestaw, co w poprzednim punkcie z tą różnicą, że probówkę z termoparą umieszczono w metalowym naczyniu z łatwo topliwym metalem.

Wyznaczanie temperatury krzepnięcia metalu.

Tabele pomiarów:

t[s]

U[V]

t[s]

U[V]

t[s]

U[V]

t[s]

U[V]

t[s]

U[V]

0:00

4,000

6:40

2,566

13:20

2,027

20:00

1,393

26:40

1,159

0:20

3,707

7:00

2,550

13:40

1,985

20:20

1,374

27:00

1,154

0:40

3,449

7:20

2,539

14:00

1,946

20:40

1,356

27:20

1,148

1:00

3,252

7:40

2,528

14:20

1,907

21:00

1,339

27:40

1,144

1:20

3,073

8:00

2,519

14:40

1,875

21:20

1,323

28:00

1,138

1:40

2,923

8:20

2,511

15:00

1,840

21:40

1,308

28:20

1,134

2:00

2,809

8:40

2,502

15:20

1,804

22:00

1,293

28:40

1,130

2:20

2,721

9:00

2,491

15:40

1,768

22:20

1,279

29:00

1,126

2:40

2,641

9:20

2,477

16:00

1,730

22:40

1,267

29:20

1,122

3:00

2,604

9:40

2,459

16:20

1,693

23:00

1,254

29:40

1,118

3:20

2,594

10:00

2,439

16:40

1,659

23:20

1,243

30:00

1,115

3:40

2,605

10:20

2,415

17:00

1,625

23:40

1,233

30:20

1,112

4:00

2,611

10:40

2,388

17:20

1,596

24:00

1,221

30:40

1,108

4:20

2,612

11:00

2,359

17:40

1,566

24:20

1,212

31:00

1,106

4:40

2,612

11:20

2,327

18:00

1,537

24:40

1,203

31:20

1,103

5:00

2,610

11:40

2,290

18:20

1,510

25:00

1,195

31:40

1,100

5:20

2,606

12:00

2,241

18:40

1,485

25:20

1,187

---

---

5:40

2,599

12:20

2,180

19:00

1,460

25:40

1,179

---

---

6:00

2,589

12:40

2,127

19:20

1,436

26:00

1,172

---

---

6:20

2,579

13:00

2,074

19:40

1,415

26:20

1,165

---

---

Podkreślenie od czasu 14:40 oznacza włączenie wiatraczka w celu przyspieszenia procesu krzepnięcia metalu.

Wzory i obliczenia.

Przy wyznaczaniu temperatury krzepnięcia skorzystano z wyznaczonego w poprzednim punkcie współczynnika termoelektrycznego. Przy zaokrąglaniu wzięto pod uwagę błędy pomiarowe : błąd kwantyfikacji woltomierza i błąd bezwzględny termometru, odpowiednio : ΔU = 0,001 V i Δt = 0,5 °C.

Metoda --> [Author:ZF] --> [Author:ZF] regresji liniowej:

, gdzie

Otrzymaliśmy następujące wyniki:

M=938120

a=0.045444357862

-b=0.36530917044

y = ax+b

Prosta musi przechodzić przez punkty :

Z otrzymanych wyników można wyliczyć temperaturę ze związku:

Odchylenie standardowe

Dla temperatur bląd względny wynosi odpowiednio:

Dla woltomierza bląd względny wynosi odpowiednio:

5. WNIOSKI I DYSKUSJA BŁĘDÓW POMIAROWYCH

Pomiary prowadzone podczas ćwiczenia obarczone były szeregiem błędów. Po pierwsze występowały błędy wynikające z zastosowanych przyrządów : ΔU = 0,001 V i Δt = 0,5 °C. Łatwo można dostrzec większą rolę błędu bezwzględnego termometru. Po przejściu na błędy względne sytuacja wygląda jeszcze gorzej. Tak więc widzimy, że błędy woltomierza przy błędach termometru są do zaniedbania. Obserwując charakter błędu względnego dostrzegamy, że przyjmuje on największą wielkość przy początku skali. Dysponując wykresami zależności napięcia termoelektrycznego od czasu (więc po prostym przeskalowaniu osi Y na stopnie Celsjusza : temperatury od czasu), zauważono charakter zjawiska krzepnięcia dla badanego metalu. Po zapoczątkowaniu procesu krystalizacji metal zaczął oddawać ciepło do otoczenia, temperatura wyraźnie wzrosła. Krzywa zależności T=f(t) (temperatury od czasu) po osiągnięciu minimum lokalnego trochę wzrasła i później zaczęła maleć. To minimum to temperatura krzepnięcia dla badanego metalu. Uzyskany poziom temperatury (66°C) wskazuje, że mieliśmy do czynienia z metalem łatwo topliwym. Dla pewności uzyskanych wynoków obliczenia wykonano korzystając z rygresji liniowej i stwierdzono równoznaczne wyniki z otrzymanymi. Najprawdopodobniej była to cyna lub jej stop z ołowiem.

Odpowiednie wykresy dołączono na kartkach. W wykresie U = f(t), przy kwantyfikacji pomiaru co 20 sekund widzimy, że liczba i częstość wykonanych pomiarów mają wpływ na jakość wykresu.Widać, że krzywe oddają charakter zjawiska.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
fiele25, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizykii, Lab
Pomia napięcia powierzchniowego, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, spr
fiele15, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizykii, Lab
Sprawozdanie 81, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizy
Sprawozdanie nr12, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fi
Sprawozdanie nr43 fizyka, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdan
Sprawozdanie 12, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizy
Sprawozdanie 57c, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fiz
pp25, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizykii, Labora
76, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizykii, fiza lab
LAB51~1, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizykii, fiz
Obliczenia do sprawka by P, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozd
LABORATORIUM MIERNICTWA, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozda
29 ćw sprawko, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizyki
33c, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizykii, fiza la
91a, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sprawozdania z fizykii, fiza la
W pierwszej części doświadczenia, Mechanika i Budowa Maszyn PWR MiBM, Semestr I, Fizyka, laborki, sp

więcej podobnych podstron