Kamil Dobrzyń

Biotechnologia I Gr. 1 para 3

Ćw.: Wzorcowanie termoogniwa i wyznaczanie za jego pomocą temperatury.

Na styku dwóch różnych metali powstaje różnica potencjałów nazywana kontaktową różnicą potencjałów. Pomiędzy procesami elektrycznymi i cieplnymi w metalach zachodzi związek, w którym należy rozpatrywać stosunki elektronów w poszczególnych metalach. Swobodne elektrony w metalu podlegają chaotycznym ruchom cieplnym, dzięki czemu przemieszczają się między węzłami sieci krystalicznej. Każdy z dodatnich jonów sieci oddziałowuje na elektron, w wyniku czego uzyskuje on energię potencjalną odwrotnie proporcjonalna do wzajemnej odległości r.

; gdzie:

c- stała

Znak minus wynika z umowy. Wg. teorii kwantowej całkowita energia elektronu w atomie w obszarze „ujemnych” energii (E<0) może przyjmować wartość:

; gdzie:

B- stała dodatnia

n- główna liczba kwantowa

Energia potencjalna elektronów wewnątrz kryształu jest niższa niż na zewnątrz, dla tego elektrony nie są w stanie go opuścić. Aby elektrony mogły opuścić metal i przesunąć się na odległość, na którą nie oddziałują one z metalem potrzebują energii:

-Praca wyjścia.

Praca wyjścia określa wielkość potencjału, jaki uzyska elektron po opuszczeniu metalu:

;

e- ładunek elektronu

więc:

L_A=eV_{A; -} dla metalu A i L_B=eV_B dla metalu B

Jeśli L_A<L_B elektrony będą przechodzić z metalu A do metalu B tak długo, aż dojdzie do zrównania ich energii. Różnica potencjałów w stanie równowagi:

V_AB=-(V_A-V_B)

Różnica potencjałów na styku dwóch różnych metali, wynikająca z ich pracy wejścia:

Jeśli zbudujemy obwód złożony z dwóch różnych metalicznych przewodników i podtrzymamy różnicę temperatur na spojeniach (a i b) tak, że T_a>T_b to napięcie na styku o wyższej temperaturze będzie wyższe niż na styku o temperaturze niższej. W rezultacie między spojeniami wytworzy się zw. siła termoelektromotoryczna, pod której działaniem w obwodzie popłynie prąd o natężeniu I. Siła termoelektromotoryczna wyraża się wzorem:

Gdzie:

, a
;

Więc:

; gdzie:

-tzw. Koncentracja- ilość elektronów swobodnych w jednostce objętości.

k- stała Boltzmana

Po przekształceniu:

E_T=C(T_a-T_b); gdzie:
jest wielkością zależną od danej pary metali.

Termoogniwo to zamknięty obwód przewodników, w którym płynie prąd elektryczny kosztem różnicy temperatur między spojeniami.

Siła termoelektromotoryczna zależy od różnicy temperatur oraz rodzaju metali, z których jest zrobione termoogniwo.

Aby za pomocą termoogniwa zmierzyć temperaturę należy najpierw termoogniwo wycechować, czyli sporządzić wykres zależności I=f(T-T₀).

Korzystając z prawa Ohma dla obwodu zamkniętego możemy zapisać:

, czyli

; gdzie:

T-temperatura złącza podgrzewanego

T₀- temperatura wody z lodem

R- opór mikroamperomierza

r- opór wewnętrzny termoogniwa

D- wielkość stała dla danego ogniwa i przyrządu pomiarowego

Pomiar:

T	Igrz	Ichł	Icer	D	Iwrz	Twrz
K	μA	μA	μA	A/K	μA	K