Градуировка термопары и определение ее константы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 30

ГРАДУИРОВКА ТЕРМОПАРЫ

Цель работы: градуировка термопары и определение ее константы.

Приборы и принадлежности: термопара, милливольтметр, термометр, металлические стаканы, электронагреватель.

Методические указания

При соприкосновении двух разнородных металлов происходит частичное перераспределение свободных электронов, в результате чего между ними возникает контактная разность потенциалов. Переход свободных электронов из одного проводника в другой вызывается двумя причинами:

1.  различием работ выхода электронов из соприкасающихся металлов;

2.  различием концентрации свободных электронов в этих металлах.

Соответственно этим причинам контактная разность потенциалов является суммой двух слагаемых:

Здесь А1 и А2 - работы выхода электрона из первого и второго металла; n1 и n2 - концентрации свободных электронов в первом и во втором металле; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура контакта; е - заряд электрона.

Система последовательно соединенных проводников в порядке 1-2-1, как показано на рис. 1, называется термопарой (термоэлементом).

 

 

        B                                                                                                         C

                             1        2                                                     1

                                 T1                                                   T2

Рис. 1

Для такой системы разность потенциалов между точками В и С будет равна алгебраической сумме контактных разностей потенциалов на первом и втором контактах:

В этом выражении k, e, n1 и n2 - постоянные, а разность потенциалов      ?(в)-?(с) является термоэлектродвижущей силой данной термопары:

где

Константа термопары ? очень мала, поэтому термопара используется исключительно для измерения разности температур:

Здесь ?(т)=φ(β)-φ(ρ) - приближенное значение термоэлектродвижущей силы, полученное с помощью высокоомного вольтметра, который через промежуточные проводники замыкает цепь термопары (рис. 1); t°1 и t°2 - температуры первого и второго контактов, отсчитанные по шкале Цельсия.

Порядок выполнения работы

1.  Собрать схему согласно рис. 1, закрепив термопару в штативе.

2.  Поставить на электрическую плиту с одной стороны от штатива и на подставку с другой по металлическому стакану с водой. В холодное время года в стакан, стоящий на подставке, положить снег, чтобы температура воды в этом стакане в течение всего опыта была равна 0?С. В стакан, стоящий на электроплите, опустить термометр так, чтобы его нижний конец не касался дна стакана. Затем опустить термопару так, чтобы каждый из ее спаев был погружен в свой стакан с водой.

3.  Включить электроплиту и через каждые 5¸10є повышения температуры горячего спая снимать показания термометра и милливольтметра, занося их в таблицу.

№	1	2	3	4	5	6	7	8
t (єC)
e (mV)

Закончить измерения, когда температура горячего спая будет 90¸100є С.

1.  По данным таблицы на миллиметровой бумаге построить градуировочную кривую:

2.  По выбранной разности температур горячего и холодного спая (50¸70єС) и соответствующему приращению термо-ЭДС найти константу термопары a.

Контрольные вопросы

1.  Что такое термопара и как ею пользоваться?

2.  На каком физическом явлении основана работа термопары?

3.  Какие причины обуславливают переход электронов из одного проводника в другой, с ним соприкасающийся?

4.  От чего зависит численное значение термо- ЭДС?

5.  От чего зависит численное значение константы термопары a?

Литература

1.  Фриш С.Э.,  Тиморева А.В. Курс общей физики. Т. 2, гл. XVI, стр. 172.

2.  Грабовский Р.И. Курс физики. § 87, стр. 309-315.