Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej^ we Wrocławiu
Adam Janik	Wydział Elektroniki	kierunek: AIR
data wykonania ćwiczenia: 98-03-20	rok akademicki: 97/98	Ocena: ..........................................................................................
Temat ćwiczenia: Skalowanie termopary.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest:

• poznanie fizycznych podstaw zjawiska termoelektrycznego,

• zapoznanie z techniką pomiaru temperatury za pomocą termopary.

2. Metodyka pomiaru.

W pierwszej części doświadczenia przeprowadzamy skalowanie termopary. Polega ono na wyznaczeniu zależności napięcia termoelektrycznego od temperatury. W tym celu umieszcza się jedno ze spojeń termopary w mieszaninie wody z lodem, a drugie w pojemniku zaopatrzonym w dwa termometry, w którym możemy zmieniać temperaturę w sposób kontrolowany. Co 2 stopnie Celsjusza notujemy wskazanie miliwoltomierza. Z tych pomiarów wyznaczamy współczynnik termoelektryczny
. Druga część ćwiczenia polega na wyznaczeniu temperatury krzepnięcia metalu. Przy pomocy stopera mierzymy czas i co 20 sekund odczytujemy wskazanie miliwoltomierza.

3. Spis przyrządów użytych w doświadczeniu.

• kuchenka elektryczna

• 2 termometry o zakresie 0-100^oC

• naczynie do podgrzewania wody

• mieszadło elektryczne

• termos

• termopara

• miliwoltomierz VC20

• tygiel ze stopem metalu (50% Bi ; 25% Pb ; 12,5% Cd ; 12,5% Sn)

4. Wyniki pomiarów.

a) skalowanie termopary

Termometr 1	Termometr 2	Temperatura T	Napięcie U
[^oC]	[^oC]	[^oC]	[mV]
24	23	23,5	0,675
26	25	25,5	0,815
28	27	27,5	0,895
30	29	29,5	0,985
32	31	31,5	1,06
36	35	35,5	1,225
38	37	37,5	1,304
40	39	39,5	1,4
42	41	41,5	1,49
44	43	43,5	1,574
46	45	45,5	1,675
47,5	47	47,25	1,76
49,5	49	49,25	1,843
51,3	51	51,15	1,937
53,3	53	53,15	2,021
55,5	55	55,25	2,101
57,3	57	57,15	2,197
59,5	59	59,25	2,276
61,3	61	61,15	2,365
63,3	63	63,15	2,457
65,3	65	65,15	2,547
67,3	67	67,15	2,63
69,3	69	69,15	2,731
71,3	71	71,15	2,818
73,5	73	73,25	2,918
75,5	75	75,25	3,011
77,5	77	77,25	3,098
79,5	79	79,25	3,197
81,5	81	81,25	3,284

Temperatura T jest średnią arytmetyczną ze wskazań dwóch termometrów.

b) wyznaczanie temperatury krzepnięcia

Odczyt wskazań miliwoltomierza co 20 sekund.

Lp.		U	Lp.		U	Lp.		U	Lp.		U
	[s]	[mV]		[s]	[mV]		[s]	[mV]		[s]	[mV]
1	0	13,353	34	660	3,098	67	1320	2,366	100	1980	1,752
2	20	12,732	35	680	3,042	68	1340	2,363	101	2000	1,724
3	40	12,114	36	700	2,986	69	1360	2,365	102	2020	1,702
4	60	11,408	37	720	2,934	70	1380	2,367	103	2040	1,679
5	80	10,709	38	740	2,871	71	1400	2,366	104	2060	1,658
6	100	10,013	39	760	2,838	72	1420	2,365	105	2080	1,637
7	120	9,383	40	780	2,795	73	1440	2,365	106	2100	1,619
8	140	8,841	41	800	2,773	74	1460	2,36	107	2120	1,602
9	160	8,33	42	820	2,728	75	1480	2,349	108	2140	1,587
10	180	7,87	43	840	2,671	76	1500	2,336	109	2160	1,574
11	200	7,421	44	860	2,623	77	1520	2,333	110	2180	1,558
12	220	7,03	45	880	2,585	78	1540	2,327	111	2200	1,54
13	240	6,676	46	900	2,541	79	1560	2,321	112	2220	1,525
14	260	6,344	47	920	2,497	80	1580	2,31	113	2240	1,508
15	280	6,054	48	940	2,458	81	1600	2,295	114	2260	1,495
16	300	5,755	49	960	2,426	82	1620	2,284	115	2280	1,48
17	320	5,508	50	980	2,395	83	1640	2,27	116	2300	1,465
18	340	5,288	51	1000	2,359	84	1660	2,246	117	2320	1,452
19	360	5,055	52	1020	2,332	85	1680	2,213	118	2340	1,442
20	380	4,841	53	1040	2,321	86	1700	2,174	119	2360	1,431
21	400	4,646	54	1060	2,323	87	1720	2,14	120	2380	1,42
22	420	4,484	55	1080	2,327	88	1740	2,101	121	2400	1,409
23	440	4,361	56	1100	2,33	89	1760	2,061	122	2420	1,398
24	460	4,273	57	1120	2,345	90	1780	2,024	123	2440	1,391
25	480	4,148	58	1140	2,354	91	1800	1,991	124	2460	1,385
26	500	4,005	59	1160	2,363	92	1820	1,961	125	2480	1,38
27	520	3,843	60	1180	2,37	93	1840	1,93	126	2500	1,374
28	540	3,718	61	1200	2,371	94	1860	1,901	127	2520	1,368
29	560	3,571	62	1220	2,368	95	1880	1,875	128	2540	1,359
30	580	3,442	63	1240	2,365	96	1900	1,851	129	2560	1,351
31	600	3,319	64	1260	2,364	97	1920	1,829	130	2580	1,344
32	620	3,225	65	1280	2,363	98	1940	1,805	131	2600	1,339
33	640	3,154	66	1300	2,365	99	1960	1,778

4. Obliczenia.

Współczynnik termoelektryczny.

Przy wyznaczaniu współczynnika termoelektrycznego skorzystamy z następującej zależności:

W naszym przypadku:

• T = T₂ - T₁ = 57,75 K

• U = 2,609 mV

Z tego współczynnik termoelektryczny :

Wykresy:

• 
  zależność siły termoelektrycznej od temperatury

• 
  
  zależność siły termoelektrycznej od czasu

Z tabelki możemy odczytać, że stop metalu krzepnie gdy siła termoelektryczna wynosi około 2,363 mV, co odpowiada temperaturze ok. 67^oC.

5. Wnioski.

Z pierwszej części naszego doświadczenia wynika, że w skalowaniu termopary zależność siły termoelektrycznej w funkcji temperatury jest funkcją liniową. Stwierdzić to możemy na podstawie wykresu po aproksymacji funkcją liniową. Widać z tego, że wykresy te się pokrywają. Współczynnik termoelektryczny dla badanej termopary wynosi 0,045 mV/K. Z kolei przy wyznaczaniu temperatury krzepnięcia stopu metalu wykres zależności siły termoelektrycznej w funkcji czasu jest zbliżony do hiperboli. Badany stop krzepnie przy napięciu ok. 2,363 mV. Korzystając z tabeli skalowania termopary odczytać możemy temperaturę krzepnięcia stopu, która wynosi ok. 67^oC. Poziom temperatury wskazuje, że dany stop jest łatwo topliwy.

Politechnika Wrocławska^® - Instytut Fizyki ©1998

- 7 -

U_k

---