204e, Politechnika Poznańska ZiIP, II semestr, Fizyka, laborki fiza, Laborki, laborki fiza, Fizyka - Laboratoria, Fizyka, Fizyka Laborki (od Czecha)


Nr ćw.

204

Data

16.12.99

Ewa Roszkiewicz

Wydział

Budowy Maszyn i Zarządzania

Semestr

I

Grupa

Z1

Prof.Mańkowski

Przygotowanie

Wykonanie

Ocena

CECHOWANIE TERMOOGNIWA

Termoogniwo stanowią dwa różne przewodniki połączone ze sobą w sposób przedstawiony na rysunku.

Jeżeli punkty łączenia znajdują się w różnych temperaturach, Wówczas powstaje między nimi różnica potencjałów, zwana siłą termoelektryczną. Jej wielkość zależy od rodzaju przewodników tworzących termoogniwo oraz od różnicy temperatur i wyraża się wzorem

0x01 graphic

Współczynniki 0x01 graphic
charakteryzują zastosowane materiały. Przedstawiony efekt nazywamy zjawiskiem Seebecka.

Bezpośrednią przyczyną wystąpienia siły termoelektrycznej jest różna wartość napięć kontaktowych w złączach posiadających różne temperatury. Istnienie napięć kontaktowych związane jest ze zjawiskami elektronowymi w metalach. W każdej temperaturze istnieje pewna ilość elektronów, które posiadają energię kinetyczną wystarczającą do wykonania pracy wyjścia W, a zatem do wyjścia na powierzchnię metalu. Te elektrony tworzą tzw. prąd termoemisji skierowany prostopadle do powierzchni metalu. Gęstość prądu termoemisji określona jest prawem Richardsona - Dushmana i dla obu przewodników z rys. 1 wynosi odpowiednio

0x01 graphic

Gdy oba przewodniki zbliżymy na bardzo małą odległość, elektrony opuszczające metal A będą przechodziły do metalu B i odwrotnie. W sytuacji przedstawionej na rys. 1 0x01 graphic
ze względu na wartości prac wyjścia 0x01 graphic
. Przewaga prądu 0x01 graphic
prowadzi do zwiększenia ilości elektronów w metalu B i do powstania ich niedomiaru w metalu A. W tej sytuacji metale naładują się przeciwnymi znakami i powstanie między nimi różnica potencjałów o takim kierunku, że dalszy przepływ elektronów od A do B zostanie utrudniony i w końcu zrównoważony przepływem od B do A. W stanie równowagi strumienie elektronów w obu kierunkach są takie same, co oznacza:

0x01 graphic

Powyższe równanie odzwierciedla fakt, że elektrony opuszczające metal A muszą wykonać, oprócz pracy wyjścia, pracę przeciwko różnicy potencjałów 0x01 graphic
. Tę różnicę potencjałów, powstającą w wyniku zetknięcia się dwóch przewodników, nazywamy napięciem kontaktowym. Jego wartość określona jest tylko przez różnicę prac wyjścia obu metali

0x01 graphic

Siła termoelektryczna może wystąpić także w przewodniku jednorodnym ( bez złącz), gdy między jego końcami wytworzymy różnicę temperatur. To zjawisko nosi nazwę efektu Thomsona i jest prostą konsekwencją zależności energii Fermiego od temperatury.

0x01 graphic
.

Zjawisko Peltiera - pobieranie lub wydzielanie ciepła przy przepływie prądu przez złącza metali.

WZORCOWANIE TERMOOGNIWA.

W celu znalezienia napięć termoelektrycznych odpowiadających określonym różnicom temperatur 0x01 graphic
stosujemy układ, w którym jedno złącze znajduje się w naczyniu zawierającym mieszaninę wody z lodem (0x01 graphic
), zaś drugie w naczyniu z wodą, której temperaturę zmieniamy za pomocą grzejnika G. Temperaturę T mierzymy czujnikiem oporowym 0x01 graphic
, a jej wartość odczytujemy za pomocą miernika cyfrowego. Stosuje się trzy różne termopary: 0x01 graphic
. Przełącznikiem Pr w obwód każdej termopary można włączyć miliwoltomierz cyfrowy (mV).

0x01 graphic

Termoogniwo

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. Zestawić układ pomiarowy wg rys. 2.

2. Przez zwarcie zacisków woltomierza znaleźć wskazanie zerowe.

3. Podgrzewając stopniowo wodę mierzyć temperaturę co około 5 stopni C i i odpowiadające jej napięcie termoelektryczne.

4. Podobne pomiary przeprowadzić w czasie stygnięcia.

5. Wykreślić zależność napięcia termoelektrycznego od temperatury.

6. Dla zakresu liniowego znaleźć współczynnik termoelektryczny stosując regresję liniową.

0x01 graphic

TABELA POMIARÓW

Temperatura [C]

Napięcie termoelektryczne

Ua [mV]

Napięcie termoelektryczne

Ub [mV]

Napięcie termoelektryczne

Uc [mV]

25

1,14

1,05

0,76

30

1,25

1,13

0,85

35

1,38

1,27

1,05

40

1,51

1,42

1,24

45

1,64

1,57

1,45

50

1,77

1,73

1,62

55

1,90

1,88

1,78

60

2,00

2,03

1,87

Regresja liniowa pomiarów (gdzie 0x01 graphic
współczynnik nachylenia prostej = współczynnik termoelektryczny)

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0,02558

0,03082

0,03872

WNIOSKI

Na stanowisku pomiarowym zainstalowane były trzy termopary. Obserwacje przeprowadzano dla wszystkich trzech termopar. Konieczność dokonywania pomiaru siły termoelektrycznej dla trzech termopar powodowała, iż nie zawsze wszystkie trzy pomiary dokonywane były w tej samej temperaturze. Powodowało to powstanie błędu pomiaru, który przewyższał błąd wynikający z dokładności narzędzi pomiarowych. Problem sprawiało również ustawienie odpowiedniej temperatury, szczególnie przy jej wzroście.



Wyszukiwarka