3id115

136 Ćwlcitnla labtimloryjnr i fizyki

Opisany stan równowagi termopary może się zachwiać, jeżeli jedno ze złącz zostanie podgrzane (rys. I7.3b). Ze wzrostem temperatury zmieniaj;} się warunki równowagi na tym złączu, tzn. równowaga wytworzy się przy innym napięciu kontaktowym (mniejszym lub większym). Włączony w obwód woltomierz będzie wówczas mierzył wartość równą różnicy wartości bezwzględnych napięć kontaktowych powstałych na obu stykach

V_T -luj- |Uj    07.1)

W ten prosty sposób otrzymaliśmy urządzenie, które zamienia energię cieplną na energię elektryczną; różnica temperatur na złączach wytwarza różnicę potencjałów. Jest ono specyficznym źródłem napięcia. 7. tych względów tak uzyskane napięcie nazywamy siłą termoelektryczną (przez analogię do siły elektromotoryczne) np. ogniwa).

leżeli rezystancjo wewnętrzna użytego do pomiaru woltomierza jest wystarczająco duża. to można przyjąć, że jego wskazanie jest równe powstającej w układzie sile termoelektrycznej, lej wartość zależy od rodzaju stykających się metali oraz od różnicy temperatur złącz. Nic zależy natomiast od długości przewodników oraz od wielkości powierzchni styku metali. Opisane wyżej zjawisko nosi nazwę zjawiska Seebccka i zostało przez niego odkryte w 1821 roku.

Dla niezbyt dużych różnic temperatur pomiędzy złączami (co ma miejsce w niniejszym ćwiczeniu), można przyjąć liniową zależność siły termoelektrycznej od różnicy temperatur.

V,.a(T|-T,)    (17.2)

Stała a nosi nazwę współczynnika termoelektrycznego l oznacza wartość siły termoelektrycznej dla termopary wykonanej z danej pary metali dla różnicy temperatur między złączami równej 1 K. Termoogniwa dostarczają na ogół bardzo małych sil termoelektrycznych. Z tego powodu nic znalazły one dotychczas praktycznego zastosowania jako źródła prądu, mimo wielu pomysłowych wynalazków wykorzystujących zjawisko termoelektryczne.

Natomiast duże zastosowanie znalazły termoogniwa do pomiaru temperatur, zarówno w skali technicznej, jak i w laboratorium. Posiadając małe rozmiary i masę. a co za tym idzie małą pojemność cieplną, doskonale nadają się do mierzenia temperatur małych ilości ciał albo np. temperatur w trudno dostępnych częściach aparatury (wewnątrz długiej i cienkiej rurki, w szczelinie ilp.). Oczywiście do tego celu termoogniwo wraz z miliwoltomierzem lub lepiej z urządzeniem do mierzenia siły elektromotorycznej musi być wycechowane przez porównanie ze zwykłym termometrem albo z termometrem gazowym.

Termoogniwa sporządzone z platyny i ze stopu platyny i rodu (10% Rh) nadają się do mierzenia wysokich temperatur dochodzących do 1500°C. Do mierzenia bardzo niskich temperatur stosuje się termoogniwa, np. Cu - konsiantan i inne.

Turmciogniwn tli-Sb w połączeniu z bardzo czutym miernikiem nadają się do mierzenia bardzo małych zmian temperatur. Poza tym termoogniwa stosowane są do pomiaru natężenia promieniowania. Promieniowanie widzialne, podczerwone Hp.. padając na specjalnie zaczernione spojenie termoogniwa. zostaje pochłonięte, wskutek czego ogrzewa Je i mil i woltomierz pokazuje wychylenie.

17.2. Opis układu pomiarowego

W praktyce do pomiaru siły termoelektrycznej musimy stosować jakiś miernik, którego zaciski, przewody doprowadzające oraz sam przyrząd pomiarowy mogą być wykonane z innych metali niż termopara. jeżeli w obwód termopary włączymy inne przewodniki tak, aby dodatkowe spojenia miały tę samą temperaturę, to siła termoelektryczna nie ulegnie zmianie, co wynika z prawa Volty.

Aparatura pomiarowa składa się /. termopary Fc-konslanlan (40% Ni i 60% Cu), czułego millwollomierza cyfrowego i naczynia Dewara. luko temperaturę odniesienia przyjmujemy 273 K - taką temperaturę łatwo uzyskać, wykorzystując mieszaninę wody z lodem. Aby zabezpieczyć tę mieszaninę przed poborem ciepła z otoczenia, umieszcza się ją wewnątrz naczynia Dewara (w termosie).

jedno spojenie termopary umieszcza się w mieszaninie wody z lodem (1). drugie zaś w pojemniku (2), w którym możemy w sposób kontrolowany zmieniać temperaturę. Pojemnik ten stanowi termostat. Przy włączeniu termostatu do sieci. zostaje uruchomiony silnik poruszający mieszadełko wewnątrz termostatu, służące do wyrównywania temperatury kąpieli, jednocześnie istnieje możliwość włączenia systemu podgrzewającego kąpiel termostatu. Włączenie podgrzewania odbywa się za pomocą drugiego włącznika. Dla określenia temperatury kąpieli termostatu służy termometr rtęciowy zamocowany w otworze pokrywy. Termostat posiada również układ do chłodzenia kąpieli składający się ze spiralnie zwiniętej rurki umieszczonej wewnątrz termostatu. Układ chłodzenia podłączony jest do kranu sieci wodociągowej za pomocą węża gumowego. Drugi wąż służy do odprowadzania wody chłodzącej. Przy chłodzeniu termostatu należy wyłączyć podgrzewanie i nie wyłączając silnika, lekko odkręcić kran wodociągpwy. Szybkość chłodzenia kąpieli można regulować za pomocą zwiększenia lub zmniejszenia przepływu wody. Szybkość podgrzewania kąpieli można również regulować przez równoczesne włączenie chłodzenia.

17.3. Przeprowadzenie pomiarów

1.    Zaznajomić się z przyrządami i ich przeznaczeniem.

2.    Umieścić jedno spojenie termopary w topniejącym lodzie, drugie w kąpieli o zmiennej temperaturze (termostat).

3- Podłączyć termoparę do zacisków miliwoltomierza.

4. Podłączyć napięcie do miliwoltomierza i termostatu.