Міністерство освіти і науки України Вінницький національний технічний університет Інститут автоматики, електроніки та комп’ютерних систем управління Кафедра фізики Лабораторна робота № 2 – 10 «Експериментальне визначення термо-є.р.c. термопари»  Мета роботи: набути навиків експериментального визначення коефіцієнта термо-e.p.c. термопари. Прилади і матеріали: хромель-алюмелева термопара; два термометри; електрична пічка; потенціометр ПП-63. Теоретичні відомості Коло явищ, пов’язаних з виникненням термоелектричного струму при різній температурі контактів, а також явищ Пельтьє і Томсона, дістали назву термоелектричних явищ. Розглянемо замкнене коло, складене з двох різнорідних металів А і В (рис.1). Місця спаїв 1 і 2 будемо підтримувати при однаковій температурі. В місцях контактів 1 і 2 виникнуть контактні різниці потенціалів (1 - (2, але в колі струму не буде:
(1) де А1 і А2 – роботи виходу електронів із металів; k – стала Больцмана; Т – абсолютна температура; n1 і n2 – концентрації вільних електронів в металах; e — заряд електрона. Це пояснюється тим, що у тонкому шарі контакту двох металів виникає подвійний електричний шар і його поле гальмує дальший перехід електронів — настає динамічна рівновага. При нагріванні спаїв 1 і 2 до різних температур Т1 і Т2 , у колі виникає струм, а термо-е.р.с. буде дорівнювати різниці контактних різниць потенціалів (1-(2 :
(2) де
— стала термопари , яка дорівнює е.р.с., що виникає при різниці температур спаїв в 1(С. Таким чином, з формули (2) видно, що е.р.с. термопари пропорційна різниці температур її спаїв. Експеримент показує, що стала термопари С у різних пар металів і даної пари металів для різних температурних інтервалів має різне значення. Отже, треба визначити диференціальні значення сталої термопари для окремих температурних інтервалів:
(3) Термопарою називають пристрій з двох різнорідних провідників, з’єднаних між собою надійним контактом (зварені або спаяні) (рис.1). Явище виникнення е.р.с. в термопарі (2), спаї якої знаходяться при різних температурах, називається ефектом Зеєбека. При включенні в термопарне коло джерела сторонньої е.р.с. і виникненні при цьому у колі струму, спаї термопари будуть охолоджуватись або нагріватись. Це явище носить назву явища Пельтьє. При цьому теплова енергія або поглинається, або виділяється. ( (Q = П I t, (4) де П – коефіцієнт Пельтьє; t – час; I – величина струму. Термопари широко застосовуються для вимірювання і контролю за сталістю температури — це так звані термоелектричні термометри, які складаються з термопари і приладу, що вимірює термо-е.р.с.. Явище Пельтьє реалізується в численних пристроях і термостатах, в яких охолодження або стабілізація температури може здійснюватись аж до -130(С. Перевагою всіх термоелектричних пристроїв, як металевих так і напівпровідникових є їх простота, висока надійність, повна автономність, безшумність, мініатюризація і т.п. Недоліком таких пристроїв є низький к.к.д., який не перевищує 10-12%. Для збільшення величини термо-е.р.с. термоелементи збирають в батареї (рис.2)
Парні спаї такої термобатареї підтримують при одній температурі, а непарні — при іншій. Залежно від інтервалу робочих температур на практиці застосовують такі типи термопар: 1. До 1900 К — група ПП, платина- платинородій, С= 6,4(10-3 мВ/К. 2. До 1300 К— група ХА, хромель- алюмель, С= 4, 2(10-2 мВ/К. 3. До 900 К— група ХК, хромель-копель, С= 6,95(10-2 мВ/К. 4. До 600 К— група МК, мідь-копель, С= 4,75(10-2 мВ/К. 5. До 500 К— група МК, мідь-константан, С=4(10-2мВ/К. У даній лабораторній роботі визначається термоелектрична стала С хромель-алюмелевої термопари. Лабораторна установка складається згідно рис.3.
На рис.3: А— термостат — посудина, заповнена рідиною при кімнатній температурі; В — нагрівальна пічка; D — потенціометр постійного струму ПП63; К-термометри; М-термопара. Порядок виконання роботи Перед початком виконання лабораторної...