<визначення термо-ЕРС та сталої термопари

Лабораторна робота № 8.4

 

Визначення сталої термопари та термо-ЕРС

Прізвище _____________   Група ______   Дата ______

 

Мета роботи: визначення термо-ЕРС та сталої термопари.

 

Теоретичні відомості

Пристрій, який складається з послідовно з’єднаних провідників, виготовлених з різнорідних металів, називається термопарою. Термопари використовуються для вимірювання температури. Для цього один контакт, наприклад ВС, підтримують при сталій температурі , а інший (контакт ДА) вміщують в те середовище, температуру якого  слід виміряти.

 

В такому колі виникає термо-ЕРС, яка дорівнює

 

,

 

де  - енергія  Фермі  металу 1;

 - енергія Фермі металу 2.

При достатньо малій різниці температур контактів дану формулу можна представити у спрощеному вигляді:

 

,

 

де - стала термопари, ; .

Найбільш часто вживаними є контакти мідь-константан, хромель-алюмель, хромель-копель.

 

Опис установки

 

Для визначення термо-ЕРС використовується установка, принципова електрична схема якої зображена на малюнку:

N

 

1,2 – контакти термопари;

3,4 – посудини з водою;

5 – спіраль електроплитки.

Послідовно з термопарою вмикається магазин опорів  та гальванометр . Один контакт термопари 1 вміщується в посудину з водою при кімнатній температурі, а інший – в посудину з водою 4, яка підігрівається з електроплиткою 5.оскільки контакти M та N знаходяться  при одній і тій самій температурі, то на величину термо-ЕРС вони не впливають.

Для замкнутого кола з термопарою закон Ома

 

,

 

де  - термо-ЕРС;  - сила струму;  - опір всього кола, крім додаткового опору.

При одній і тій самій різниці температур  контактів 1 і 2 при різних додаткових опорах  та  в колі термопари будуть протікати відповідні струми  та .

На основі цих дослідів складаємо систему рівнянь, за якою можна розрахувати термо-ЕРС:

 

,

 

Звідки

 

.

 

Визначимо сталу термопари, використовуючи формулу

 

,

 

де  - температури контактів термопари за шкалою Цельсія.

Порядок виконання роботи

 

  1. Виміряти температуру  води в посудині.
  2. Ввімкнути електроплитку.
  3. При наближенні температури води  до  вимкнути електроплитку.
  4. При температурі  та опорі  записати покази гальванометра .
  5. Встановити опір  при тій самій температурі виміряти струм  в колі термопари.
  6. Повторити операції 3-5 для інших значень температури .
  7. Розрахувати при кожній температурі величину термо-ЕРС та сталу термопари.
  8. Результати вимірювань та обчислень занести в таблицю:

 

 

№ п/п

1

40

 

 

 

 

 

 

2

60

 

 

 

 

 

 

3

80

 

 

 

 

 

 

 

  1. Побудувати графік залежності термо-ЕРС від різниці температур . Розрахувати середнє значення сталої термопари.

Контрольні запитання

 

  1. Як виникають внутрішня та зовнішня контактна різниця потенціалів?
  2. Від чого залежить внутрішня контактна різниця потенціалів?
  3. Що називають термопарою?
  4. Чому дорівнює термо-ЕРС?
  5. Яким є енергетичний спектр електронів в металі?
  6. Який зв'язок між енергетичним спектром електронів в кристалі та енергетичним спектром електронів в ізольованому атомі?
  7. В чому зміст принципа Паулі?

 

 

Звіт про виконану роботу

 

  1. Величини, що вимірюються:

 - кімнатна температура; ;

- температура контакту, ;

сила струму в колі термопари , .

Величини, що обчислюються:

-термо-ЕРС: , ;

- стала термопари:  , .

  1. Результати експерименту