nr ćwicz. 204	Data 29.04. 1998	Tomasz Tritt	Wydział Elektryczny	Semestr II	grupa E10 nr lab. 5
Prowadzący dr Wanda Polewska					przygotowanie	wykonanie	ocena ostatecz.

Temat : 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

Współczynniki
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

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
ze względu na wartości prac wyjścia
. Przewaga prądu
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:

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

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.

.

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

Wzorcowanie termoogniwa.

W celu znalezienia napięć termoelektrycznych odpowiadających określonym różnicom temperatur
stosujemy układ przedstawiony na rysunku 2. Jedno złącze znajduje się w naczyniu zawierającym mieszaninę wody z lodem (
), zaś drugie w naczyniu z wodą, której temperaturę zmieniamy za pomocą grzejnika G. Temperaturę T mierzymy czujnikiem oporowym
, a jej wartość odczytujemy za pomocą miernika cyfrowego. Stosuje się trzy różne termopary:
. Przełącznikiem Pr w obwód każdej termopary można włączyć miliwoltomierz cyfrowy (mV).

Obliczenia i pomiary:

temp. [^0C]	rosnąco [mV]			malejąco [mV]
		A	B	C	A	B	C
26,5	1,261	1,036	0,686	1,277	1,052	0,702
31,6	1,373	1,192	0,811	1,385	1,212	0,840
37,1	1,487	1,368	0,952	1,503	1,396	0,980
42,1	1,591	1,536	1,090	1,619	1,585	1,137
47,0	1,700	1,677	1,235	1,729	1,754	1,273
52,0	1,809	1,842	1,376	1,828	1,923	1,411
57,0	1,916	2,025	1,535	1,935	2,100	1,559
62,0	2,022	2,199	1,679	2,042	2,280	1,698
67,0	2,130	2,368	1,820	2,147	2,456	1,849
72,0	2,242	2,554	1,970	2,242	2,650	2,018
77,0	2,342	2,746	2,124	2,345	2,803	2,179
82,0	2,444	2,933	2,286

Z uzyskanych obliczeń regresji programem pana St. Szuby uzyskałem następujące współczynniki termoelektryczne:

termopara	temperatura	współczynnik	błąd współczynnika
A	rosnąco	46,702	0,1196
		malejąco	47,085	0,3037
	B	rosnąco	29,173	0,3354
		malejąco	28,898	0,149
	C	rosnąco	34,473	0,319
		malejąco	34,333	0,3522

Wnioski:

Jak wynika z przedstawionych wyników wartości współczynników termoelektrycznych przy temperaturach rosnących mieszczą się w granicach błędów współczynników dla wartości malejących. W związku z tym przyjmuję następujące wartości współczynników:

• dla termopary A:

• dla termopary B:

• dla termopary C:

Dla dokonanych pomiarów wykonałem także wykresy zależności napięcia termoelektrycznego od temperatury, które umieściłem na dodatkowej kartce. Po wykonaniu obliczeń programem pana St. Szuby wynika, że wszystkie z nich powinny być liniami prostymi, gdyż współczynniki korelacji dla wszystkich pomiarów były bardzo bliskie jedności.

3

---