Физика \ Физика

Градуирование термопары. Определение удельной термоЭДС термопары: Методические указания к лабораторной работе № 2, страница 2

Рассмотрим другой метод определения удельной термоЭДС, основанный на применении закона Ома. Для этого сравним величину термотока в электрической цепи термопары без дополнительного сопротивления (I1) и с дополнительным сопротивлением R (I2) при одной и той же разности температур DT=const  (рис.4, 5). В этих условиях термоЭДС будет одинаковой, но сила термотока - различная.

Рис. 5

В отсутствии дополнительной нагрузки в цепи термопары (рис.4) сила тока, протекающего через миллиамперметр равна

                                                              .                                                  (3)

Если в цепь термопары включить сопротивление R :

                                                 .                                                 (4)

Решая совместно уравнения (3) и (4), получим значение термоЭДС

                                                         .                                                  (5)

 Удельная термоЭДС  aна основе формул (1) и (5) определяется как

                                                 ,                                         (6)

где DT = T1-T2  (T1 - температура нагретого спая термопары, T2 - температура холодного спая.

Описание установки

Экспериментальная установка (рис.4) состоит из железо-медной термопары (М-F), в цепь которой включен гальванометр G (миллиамперметр, измеряющий силу термотока). Спай II термопары опущен в сосуд с водой N, температура которой поддерживается неизменной, спай I - в сосуд с водой N1, которая нагревается элементом P. Температура спая Iбудет повышаться и в цепи термопары возникнет ток, измеряемый миллиамперметром. Температура в сосудах с водой измеряется термометрами  D. Магазин сопротивлений R (рис.5) подключен последовательно и активируется только после выполнения первой части работы.

Экспериментальная часть

Часть № 1.Градуировка термопары. Определение удельной термоЭДС из градуировочного графика.

1.  Зарисовать на листе табл.1 и приступить к выполнению работы.

2. Проверить равенство температур в сосудах N и N1, при этом стрелка гальванометра должна стоять на нуле.

3. Записать начальную температуру термометров t2 (при этом  t2= t1).

4. Начать нагревание сосуда N1. Следить за повешением температуры t1 начиная с 35 оС и примерно через 5°С и записывать показания силы термотока. Результаты опыта заносить в табл.1. Нагрев воды производить до  95 °С.

Таблица 1

·  Первоначальная температура в сосудах t2 = … оС.

№ опыта

t1, oC

Dt = DТ, К

I, mA

e, mB

a,

1

35

2

40

3

45

…

…

5. Определить величину термоЭДС по формуле (2), принимая значения             r = 1,4 Ом.

6. Построить график зависимости e(DT), откладывая по оси X значения разности температур DT, а по оси Y - значения термоЭДС. Провести по экспериментальным точкам усредненную прямую линию.

7. Вычислить величину удельной термоЭДС  a  по формуле

,

где b - угол наклона прямой e(DT)  к оси DT. Рассчитанное значение удельной термоЭДС занести в табл. 1.

Для выполнения второй части работы необходимо нажать кнопку "Продолжить работу", которая активируется только после выполнения части №1

Часть № 2.Определение удельной термоЭДС с применением закона Ома.

1.  Зарисовать на листе табл.2 и приступить к выполнению работы.

2.  Нагреть сосуд N1до температуры t1, используя кнопку "Установить температуру". Для уменьшения погрешности эксперимента рекомендуется выбрать температуру более 50 оС.

3.  Для заданной температуры t1 измерить  силу термотока I1 при отсутствии дополнительной нагрузки  (R= 0). Величина R регулируется кнопкой "Настроить сопротивление"

4.  Полученные значения t1,t2иI1  занести в табл.№2.

5.  Включить в цепь термопары нагрузку  R и измерить ток I2. Опыт произвести 5 раз, изменяя R в пределах 1¸5 Ом (результаты опыта заносить в табл.2).

Таблица 2

·  Температура в сосуде  N:   t2= … °С.

·  Температура в сосуде  N1:    t1= … °С.

·  Сила термотока в отсутствии дополнительной нагрузки: I1 = … mA.

№ опыта

R, Ом

I2, mA

a,

<a>,

Da,

e, %

1

2

3

4

5

6. Рассчитать значения удельной термоЭДС по формуле (6) .

7. Рассчитать абсолютную погрешность Da и относительную погрешность экспериментов e% по методике прямых измерений  без учета приборных погрешностей.

8. Сравнить между собой величины a, полученные различными методами.

Контрольные вопросы

1. Сформулировать явление Зеебека, Томсона, Пельтье.

2. Что такое термопара и для чего она предназначена?

3. За счет чего возникает внутренняя контактная разность потенциалов между металлами в соприкосновении?

2.  Что собой представляет термоЭДС и ее зависимость от температуры?

3.  Что такое удельная термоЭДС?

4.  Как по температурной зависимости e(DT) определить удельную термоЭДС?

5.  Как с использованием закона Ома можно определить удельную термоЭДС? Выведете формулу.

Скачать файл