nr ćwicz. 204	data 19.05 2008	Sylwia Kożykowska	Wydział Fizyki Technicznej	Semestr II	grupa 1 nr lab. 1
prowadzący dr K. Łapsa			przygotowanie	wykonanie	ocena ostateczna

Cechowanie termoogniwa

1. Wstęp teoretyczny

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).

2. Pomiary i obliczenia

24,2	1,09	24,2	0,55	26,3	0,83
25,6	1,13	25,6	0,63	27,4	0,88
26,2	1,18	26,3	0,65	28,1	0,93
27,2	1,21	27,3	0,70	28,8	0,95
28,2	1,24	28,0	0,72	30,8	1,05
28,7	1,25	28,8	0,75	32,3	1,10
29,4	1,27	30,7	0,85	33,9	1,19
31,0	1,30	32,1	0,92	35,3	1,26
32,8	1,37	33,8	1,01	36,5	1,31
34,2	1,40	35,1	1,06	37,3	1,38
35,5	1,44	36,3	1,11	39,2	1,46
36,9	1,48	38,0	1,20	40,7	1,53
38,6	1,52	39,9	1,29	42,2	1,59
40,4	1,57	41,2	1,35	43,4	1,65
41,9	1,61	42,6	1,41	45,0	1,73
43,1	1,66	44,0	1,48	46,5	1,81
44,6	1,70	45,7	1,57	48,4	1,92
46,3	1,77	47,4	1,65	51,0	2,05
48,1	1,82	49,3	1,74	52,2	2,11
50,0	1,86	51,3	1,87	54,7	2,26
52,0	1,92	53,1	1,94	57,2	2,40
54,0	2,00	54,4	1,99	58,5	2,47
55,3	2,03	56,3	2,02	26,3	0,83
57,0	2,07	57,1	2,10	27,4	0,88

Współczynniki termoelektryczne znajduję wykreślając zależność napięcia kontaktowego
od temperatury dla każdej termopary i obliczając współczynnik nachylenia wykresu
stosując regresję liniową.

Współczynnik korelacji:

Wyniki dla poszczególnych termopar (po zaokrągleniu):

Termopara B (Cu-CuNi)	29,440	0,005	0,99931
Termopara C (Nicrosil-Nisil)	47,1	0,6	0,9995
Termopara A (Fe-CuNi)	50,2	0,6	0,99943

3. Wnioski:

Współczynniki korelacji dla wykresów zależności napięcia kontaktowego od temperatury są w bardzo bliskie jedności, więc możemy przyjąć, że są zależnościami liniowymi.

Dla termopary Fe-CuNi współczynnik termoelektryczny odczytany z tablic wynosi: 51,7
- jest porównywalny z wartością wyznaczoną doświadczalnie. Dla innych termopar nie udało mi się znaleźć wartości współczynników.

4

---