Тема: Градуирование термопары и определение термоэлектродвижущей силы (термоэдс)

Цель: установить графическую зависимость электродвижущей силы термопары от различия температур ее спаев. Научиться работать с зеркальным гальванометром. Определить термоЭДС.

Оборудование: термопара константан – железо; два колориметра; один с холодной водой, другой с комнатной водой; горячая вода в сосуде; зеркальный гальванометр.

Краткие теоретические сведения

Термопара образуется при соединении друг с другом двух разнородных металлов. Место соединения обычно называется спаем. Между двумя соприкасающимися металлами возникает контактная разность потенциалов. Её возникновение связано с переходом свободных электронов из одного металла в другой, так как разные металлы имеют разную концентрацию электронов. В результате один металл заряжается положительно, другой – отрицательно. Это явление получило название термоэлектричества, а возникающая э.д.с. называется термоэлектродвижущей силой (термоэдс). Простейшую замкнутую цепь, состоящую из двух разнородных проводников (полупроводников) А и В (Рис.2.18), называют термоэлементом или термопарой.

                                 Рисунок 2.18 − Термопара

 

Возникновение термоэлектродвижущей силы в замкнутой электрической цепи, составленной из последовательно соединенных разнородных проводников, если места их контакта (спаи) поддерживают при различных температурах, называют явлением Зеебека.

Величина термоЭДС (ε ) зависит от абсолютных значений температур спаев (T₁, T₂), разности этих температур Δ T и от природы материалов, составляющих термоэлемент. ТермоЭДС контура определяется формулой:

                  (2.55)

где k – коэффициент термоЭДС;

∆ T-разность температур контактов, или

                             (2.56)

Явление Зеебека, или термоэлектрический эффект, используют для измерения температур. Если один спай термопары поддерживать при постоянной температуре, а другой поместить в объем, температуру которого хотят измерить, то о величине температуры (согласно уравнению 2.56), можно судить по силе возникающего термотока, измеряемой гальванометром. Для этой цели необходимо сначала термопару проградуировать, т.е. установить соответствие между разностью температур спаев (t_n‑ t₀) и показаниями гальванометра n. Из формулы 2.54 коэффициент термоЭДС термопары может быть определен по формуле

                                     (2.57)

Зная k, можно легко измерить любые температуры по отклонению гальванометра, т.к. k показывает величину отклонения стрелки гальванометра при нагревании на 1 К

Величина тока I определяется по отклонению стрелки гальванометра, поэтому можно построить график зависимости между различием температур и показаниями «зайчика» гальванометра, тогда

                                      (2.58)

где n – величина показывающая число делений, на которые указывает «зайчик» гальванометра.

Установка (Рис.2.19) для выполнения работы состоит из железо-константановой термопары, включенной в цепь по дифференциальной схеме, когда соединяются проводником одноименные металлы в, а измерительный прибор включается в ветвь металлов. Один из спаев помещается в калориметр с водой, находящейся при комнатной температуре, а другой (нагреваемый спай) – в сосуд с водой, в которую будут постепенно добавлять горячую воду. В цепь включаются гальванометр. Температура фиксируется с помощью термометров T₁иT₂.

 

Рисунок 2.19. – Экспериментальная установка

Порядок выполнения работы

Часть1

1.Соберите цепь с термопарой и зеркальным гальванометром (Рис.2.19). Установите «зайчик» на нулевой отметке шкалы.

2.Наполните 1-й колориметр водой и через несколько минут замеряйте температуру t₀.

3.Опустите оба конца термопары в колориметры. Во второй колориметр наливайте по чуть-чуть горячую воду, каждую минуту замеряя температуру воды в нем.

4. Для каждого значения температуры горячей воды во втором калориметре одновременно отмечайте показания «зайчика» гальванометраn.

5.Данныеt_i и гальванометра nзанесите в таблицу 2.16 сделав 10 замеров.

6. На миллиметровой бумаге постройте график зависимости n(_∆ t) показания «зайчика» гальванометраn и разности температур _∆ tдля горячей и холодной воды.

7. По графику n(_∆ t)прямой зависимости междуnи _∆ tопределите k_ср – коэффициент термоЭДС.

8. Внесите данные в таблицу 2.16

Таблица 2.16 – Экспериментальные данные

 

№	Начальная температура t0, С0	Температура горячей воды tгор.С0	Показания амперметра n	Разность температур D t.С0	Среднее значение коэффициента термоЭДС k	термоЭДС ε, В
0
1
2
..

 

Часть 2

1.Не отключая зеркальный гальванометр и не меняя положения приборов, измерьте температуру горячей воды – это будет температура t₀ во второй части лабораторной работы. Снимите показания зайчика n_0.

2. С помощью холодной воды, снижайте температуру воды во 2-м калориметре, ежеминутно снимая показания термометра в нем и показания «зайчика» гальванометраn.

3.Для каждого значения температуры охлажденной воды во втором калориметре одновременно отмечайте показания «зайчика» гальванометраn.

5.Данныеt_i и гальванометра nзанесите в таблицу 2.17 сделав 10 замеров.

6. На миллиметровой бумаге постройте график зависимости n(_∆ t) показания «зайчика» гальванометраn и разности температур _∆ tдля холодной и охлажденной воды во 2-м калориметре.

7.По графику n(_∆ t)прямой зависимости междуnи _∆ tопределите k_ср – коэффициент термо ЭДС.

 

Таблица 2.17 – Экспериментальные данные

№	Начальная температура t0, С0	Температура охлажденной воды tхол.С0	Показания амперметра n	Разность температур D t.С0	Среднее значение коэффициента термоЭДС k	термоЭДС ε, В
0
1
2
..

 

⇐ Предыдущая123456

Поделиться: