FIZA204.DOC

                            TEMAT : CECHOWANIE TERMOOGNIWA (TERMOPARA)
             

              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

                            e = a1 (T-T0) + a2 (T-T0)2

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 (WA<WB). 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).

                            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.

                            TABELKA POMIARÓW             

UWAGA

              Ponieważ wyniki pomiarów dla termopary drugiej i trzeciej nie wykazują żądanych prawidłowości, tzn. zarówno przy zwiększaniu jak i zmniejszaniu temperatury napięcia dla tych termopar malały, obliczenia przeprowadzone zostały tylko dla termopary pierwszej.

...