Wanat Karol

I ED

Ćwiczenie nr 22

Cechowanie termoogniwa

I. Zagadnienia do samodzielnego opracowania:

1. Zjawisko kontaktowe metal - metal;

2. Siła termoelektryczna

II. Zagadnienia teoretyczne

Zjawisko kontaktowe

Napięcie kontaktowe na powierzchni granicznej dielektryków.

Omawiając zachowanie się wektorów E i D przy przejściu przez powierzchnię styku dwóch dielektryków stwierdzamy, że dla składowych stycznych wektora E zachodzi równość

Korzystając ze związku
między potencjałem V i natężeniem pola E dla elementarnego przesunięcia ds. wzdłuż powierzchni granicznej dwóch dielektryków, związek
można napisać w postaci

gdzie V₁ oznacza potencjał w ośrodku pierwszym, a V₂ - potencjał w ośrodku drugim. Stąd

czyli

Zatem między stykającymi się ośrodkami (dielektrykami) wytwarza się określona różnica potencjału, którą nazywamy napięciem kontaktowym. Powierzchnia styku o niższym potencjale ładuje się ujemnie, powierzchnia styku ośrodka o wyższym potencjale ładuje się dodatnio, czyli na powierzchni styku wytwarza się podwójna warstwa elektryczna.

Napięcie kontaktowe przewodników zostało odkryte i zbadane przez A. Volta (1792 - 1796). Okazało się że przewodniki można uporządkować w takiej kolejności, że podczas zetknięcia się dwóch sąsiednich przewodników pierwszy od lewej zostaje naładowany dodatnio, następny z kolei ujemnie:

+Zn Pb Sn Fe Cu Ag PtC

5,5 9,0 27,3 18,2 9,1 13,9 14,7

Uporządkowanie to nosi nazwę szeregu Volty.

Siła termoelektryczna. Zjawisko Peltiera i Thomsona.

Według prawa Volty suma napięć kontaktowych dla zamkniętego obwodu przewodników pierwszej klasy wynosi zero, jeżeli wszystkie miejsca styku mają tę samą temperaturę. Gdy co najmniej jedno miejsce styku ma inną temperaturę niż pozostałe, wówczas w obwodzie powstaje siła elektromotoryczna, zwana siłą termoelektryczną, i w obwodzie popłynie prąd elektryczny. Zjawisko to zostało wykryte w roku 1821 przez J. Seebecka (1770 - 1831).

W zamkniętym obwodzie złożonym z dwóch różnych metali płynie prąd elektryczny, jeżeli jedno miejsce styku jest chłodzone, a drugie ogrzewane. Siła elektromotoryczna jest proporcjonalna do różnicy temperatur styków. Połączoną w ten sposób parę metali nazywamy termoelementem (ogniwem termoelektrycznym, termoogniwem).

Termoelementy są stosowane do pomiarów temperatur w zakresie 0 - 1500°C, np. termoelementy z konstantanu i miedzi lub żelaza i konstantanu. Termoelementem ze stopu irydowo - rodowego i irydu można mierzyć temperatury do 2000°C. Korzyści stosowania termoelementów polegają na tym, że:

1. termoelement ma małą pojemność cieplną;

2. można go umieścić daleko od przyrządu służącego do odczytu mierzonej temperatury.

III. Wykonanie ćwiczenia.

Przyrządy: miliwoltomierz, termopara, dwa termometry, dwie zlewki, grzejnik.

1. 
   
   
   
   Zestawiłem układ według schematu:

2. Złącza termopar umieściłem w mieszaninie lodu z wodą. Temperatury T₁ i T₂ winny być takie same i wynosić 273K (°C). Do tak przygotowanego termoogniwa przyłączyłem miliwoltomierz i pod kierunkiem prowadzącego zajęcia sprawdziłem czy wskazania miernika są zerowe. Podgrzewałem kąpiel otaczającą złącze II. Notowałem różnice temperatur co 5K i odpowiadające mu wskazania miliwoltomierza. Należy przy tym pamiętać by spojenie I było stale w kąpieli z wodą i lodem, które należy mieszać (T₁ = 273 K). Szybkość przyrostu temperatur ograniczyłem do 2 K/min. Ogranicza to błędy wynikające z bezwładności układu pomiarowego.

3. Wyniki pomiarów umieściłem w tabelce:

Lp.	T1	T2	T2 - T1	E	k	kśr	k±Δkmax
—	[ ]	[ ]	[ ]	[ ]	[ ]	[ ]	[ ]

4. Błędy pomiarowe

ΔT = ± [ ]; ΔE = ± [ ]; Δk = ± [ ].

5. Korzystając ze wzoru




obliczyłem współczynnik termoelektryczny „k” oraz błąd Δk.

6. Narysowałem zależność E = f(T). Na wykresie zaznaczyłem błędy pomiarowe ΔT i ΔE.




mV

woda z lodem

termometr

termometr

T₁

T₂

T [K]

E [mV]

ΔE

ΔT

ΔT

ΔE

grzejnik