LABORATORIUM PODSTAW FIZYKI

ĆWICZENIE NR 20

TEMAT: SKALOWANIE TERMOPARY

I CEL ĆWICZENIA

Skalowanie termopary oraz wyznaczanie współczynnika termoelektrycznego termopary.

Wyznaczanie temperatury krzepnięcia stopu metali.

II PRZEBIEG ĆWICZENIA:

1. Skalowanie termopary:

a) napełnienie garnka wodą do 5/6 objętości naczynia i umieszczenie go na kuchence elektrycznej

b) umieszczenie jednego ze spojeń w garnku

c) włączenie miliwoltomierza do sieci

d) włączenie kuchenki elektrycznej do sieci

e) zmierzenie temperatury początkowej wody znajdującej się w garnku

f) odczyt napięcia spowodowanego wzrostem temperatury wody podgrzewanej w garnku (odczyt co 2 stopnie Celsjusza z górną granicą temperatury około 60 stopni Celsjusza)

2. Wyznaczanie temperatury krzepnięcia stopu metali:

a) wyjęcie spojenia z garnka z wodą i przełożenie go do tygla ze stopem metalu

b) umieszczenie tygla ze stopem metalu na kuchence elektrycznej

c) podgrzewanie naczynia ze stopem, aż do momentu uzyskania płynnej postaci

d) obserwacja, by napięcie na miliwoltomierzu nie przekroczyło 3,8mV

e) zdjęcie tygla ze stopem metalu z kuchenki i umieszczenie go na metalowej płycie

f) odczyt napięcia z miliwoltomierza, aż do uzyskania napięcia odpowiadającego temperaturze ok 40 stopni Celsjusza (odczyt przeprowadzany co 20 sekund)

III WYNIKI DOKONANYCH POMIARÓW:

1. Skalowanie termopary:

T[°C]	U[mV]
26,3	0,97
28,3	1
30,3	1,05
32,3	1,13
34,3	1,2
36,3	1,28
38,3	1,35
40,3	1,41
42,3	1,48
44,3	1,55
46,3	1,64
48,3	1,72
50,3	1,8
52,3	1,89
54,3	1,97
56,3	2,05
58,3	2,14
60,3	2,22

2.Wyznaczanie temperatury krzepnięcia stopu metalu:

t[min]	U[mV]
0	3,8
00:00:20	3,65
00:00:40	3,53
00:01:00	3,43
00:01:20	3,34
00:01:40	3,25
00:02:00	3,17
00:02:20	3,09
00:02:40	3,02
00:03:00	2,94
00:03:20	2,88
00:03:40	2,82
00:04:00	2,77
00:04:20	2,72
00:04:40	2,67
00:05:00	2,63
00:05:20	2,61
00:05:40	2,59
00:06:00	2,59
00:06:20	2,6
00:06:40	2,61
00:07:00	2,62
00:07:20	2,63
00:07:40	2,64
00:08:00	2,65
00:08:20	2,65
00:08:40	2,65
00:09:00	2,65
00:09:20	2,65
00:09:40	2,66
00:10:00	2,65
00:10:20	2,66
00:10:40	2,66
00:11:00	2,66
00:11:20	2,66
00:11:40	2,65
00:12:00	2,65
00:12:20	2,65
00:12:40	2,65
00:13:00	2,66
00:13:20	2,65
00:13:40	2,65
00:14:00	2,65
00:14:20	2,64
00:14:40	2,64
00:15:00	2,64
00:15:20	2,64
00:15:40	2,64
00:16:00	2,64
00:16:20	2,64
00:16:40	2,64
00:17:00	2,64
00:17:20	2,64
00:17:40	2,64
00:18:00	2,64
00:18:20	2,63
00:18:40	2,63
00:19:00	2,63
00:19:20	2,63
00:19:40	2,63
00:20:00	2,63
00:20:20	2,63
00:20:40	2,63
00:21:00	2,63
00:21:20	2,63
00:21:40	2,62
00:22:00	2,62
00:22:20	2,62
00:22:40	2,62
00:23:00	2,62
00:23:20	2,62
00:23:40	2,61
00:24:00	2,61
00:24:20	2,61
00:24:40	2,61
00:25:00	2,6
00:25:20	2,6
00:25:40	2,59
00:26:00	2,59
00:26:20	2,58
00:26:40	2,57
00:27:00	2,57
00:27:20	2,56
00:27:40	2,55
00:28:00	2,54
00:28:20	2,52
00:28:40	2,5
00:29:00	2,48
00:29:20	2,45
00:29:40	2,43
00:30:00	2,4
00:30:20	2,38
00:30:40	2,35
00:31:00	2,31
00:31:20	2,28
00:31:40	2,24
00:32:00	2,21
00:32:20	2,17
00:32:40	2,14
00:33:00	2,11
00:33:20	2,09
00:33:40	2,06
00:34:00	2,04
00:34:20	2,02
00:34:40	2
00:35:00	1,98
00:35:20	1,96
00:35:40	1,95
00:36:00	1,93
00:36:20	1,91
00:36:40	1,9
00:37:00	1,89
00:37:20	1,87
00:37:40	1,86
00:38:00	1,85
00:38:20	1,84
00:38:40	1,83
00:39:00	1,82
00:39:20	1,8
00:39:40	1,79
00:40:00	1,79
00:40:20	1,78
00:40:40	1,77
00:41:00	1,76

IV OPRACOWANIE WYNIKÓW

1.Wykres zależności napięcia na spojeniach termopary od temperatury wody

2.Wyznaczenie współczynnika termoelektrycznego α termopary ze wzoru:

U= αT

stąd dla n pomiarów otrzymujemy:

=
= 0,0357

3.Wyznaczenie niepewności współczynnika termoelektrycznego przy pomocy metody regresji liniowej:

∆α = ΔΣU / ΔΣT

± 1% * ΣU +2dgt

± ΣT + 0,1

∆α
0,01*27,85+ 0,02/ (779,4 + 0,1) = 0,2985/779,5 = 0,000383 mV/ °C

4.Wykres zależności siły termoelektrycznej od czasu schładzania badanego stopu

5.Wyznaczenie temperatury krzepnięcia stopu metalu ze wzoru:

T_k=

U_k - odczytane z wykresu

U_k= 2,64mV

α= 0,0357

T_k =
= 73,949°C

6.Wyznaczenie niepewności temperatury krzepnięcia metodą pochodnej logarytmicznej:

U_k = 2,64 mV

ΔU_k ±1%U_k + 2dgt = 0,01*2,64+0,02 = 0,0464

ΔT= U_k * (1/ α²) * Δα + (1/α) * ΔU_k

ΔT = 2,093 °C

V Wnioski

Po wykonaniu niezbędnych obliczeń wyznaczyłyśmy wartość współczynnika termoelektrycznego, która wynosi 0,0357 mV/°C ± 0,000383mV/°C. Jak widzimy, jego niepewność pomiarowa jest bardzo mała, co może świadczyć o poprawnym wykonaniu pomiarów.

Temperatura krzepnięcia stopu Wooda według naszych obliczeń wynosi 73,949°C. Jego niepewność pomiarowa wynosi natomiast 2,093°C. Tak duża niepewność może wynikać z niedokładności naszych pomiarów lub niepoprawnego odczytu napięcia, w którym stop ten zaczął krzepnąć.

---