nr 204 |
data 3.11.09 |
Przemysław Gościński Sebastian Miękus |
Wydział Elektryczny Kierunek energetyka |
Semestr I |
grupa |
|---|---|---|---|---|---|
| Prowadzący dr Andrzej Biadasz | 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 wzoremε = α1 (T-T0) + α2 (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 . 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.
.
| Temperatura°C | Nazwa termoogniwa |
|---|---|
| Fe-CuNi | |
| µV | |
| 22,4 | 0,64 |
| 26,8 | 0,74 |
| 30,8 | 0,85 |
| 35,2 | 0,96 |
| 40,0 | 1,05 |
| 44,6 | 1,17 |
| 50,0 | 1,28 |
1.Dane eksperymentalne
2.Do obliczeń regresji liniowej posłużyliśmy się programem Stats
Dla Cu-CuNi
Współczynnik nachylenia= 0,0495404
Przecięcie z osią Y= -0,0807432
Niepewność współczynnik nachylenia= 0,00101822
Niepewność przecięcia z OY= 0,0375043
Dla Nicrosil-Nisli
Współczynnik nachylenia= 0,0224555
Przecięcie z osią Y = 0,0729446
Niepewność współczynnik nachylenia= 0,000461813
Niepewność przecięcia z OY= 0,01701010
Dla Fe-CuNi
Współczynnik nachylenia= 0,0233192
Przecięcie z osią Y= 0,123552
Niepewność Współczynnik nachylenia= 0,000450057
Niepewność przecięcia z OY= 0,0165771
3. Ostateczne wyniki współczynnika po zaokrągleniu
Dla Cu-CuNi α=5 x 10-2 ± 1x 10-4 siła termoelektryczna wyraża się wzorem: ε=5 x 10-2T + 1x 10-4
Dla Nicrosil-Nisli α=3 x 10-2 ± 4 x 10-4 siła termoelektryczna wyraża się wzorem: ε=3 x 10-2T + 4x 10-4
Dla Fe-CuNi α=3x 10-2 ± 5x 10-4 siła termoelektryczna wyraża się wzorem: ε=3 x 10-2T + 5x 10-4
3.Porównanie z literaturą
| Temperatura | Nazwa termoogniwa | Wartości z tablic | Wynik doświadczenia |
|---|---|---|---|
| 40°C | Cu-CuNi | 0,84 µV | 1,05 µV |
| Nicrosil-Nisli | 1,08 µV | 0,97 µV | |
| Fe-CuNi | 1,14 µV | 1,05 µV |
4.Wnioski
Przy stanowisku laboratoryjnym był zamieszczone trzy termoogniwa Cu-CuNi , Nicrosil-Nisli i Fe-CuNi. Z przeprowadzonego doświadczenia wynika że napięcie termoelektryczne dla 40°C prawie zgadza się z wartościami tablicowymi. Różnice mogą występować z powodu niekorzystnych warunków panujących w sali oraz w trudności ustaleniu prawidłowej temperatury
ponieważ temperatura grzejnika przyrastała stosunkowo szybko.