Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №

Изготовление и градуировка термопар

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1. Изучение классической электронной теории термоэлектрических явлений.

2. Освоение методики изготовления термопар из различных материалов.

3. Градуировка изготовленной термопары и проверка качества градуировки.

2 ЛИТЕРАТУРА:

1. Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб. пособие для студентов втузов.-2-е изд., перераб. - М.: Наука, 1989. - Т.1.: Механика. Молекулярная физика. -350 с.

2. Матвеев А.Н. Молекулярная физика: Учеб. пособие для вузов.- М.: Высшая школа, 1981. - 400 с., ил.

3. Сивухин Д.В. Термодинамика и молекулярная физика: Учеб. пособие для вузов.- 3-е изд., испр. и доп. - М.: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990.- 592 с. - (Общий курс физики; Т. 2).

4. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Высш. шк., 1990. - 478 с.

5. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов. - М.: Высш. шк., 1989. - 608 с.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Рассмотрим возникновение контактной разности потенциалов на границе двух разнородных металлов А и В (рис. 1).

Рис. 1

С позиций классической электронной теории проводимости металлов возникновение контактной разности потенциалов обусловлено следующими двумя причинами:

1. Отличием работы выхода электронов в различных металлах.

2. Отличием концентрации электронов в соприкасающихся металлах.

Пусть, например, работа выхода электронов из металла А меньше работы выхода электронов из металла В (). Тогда электронам легче выходить из металла А и перейти в металл В, чем переходить из металла В в металл А. Поэтому электроны преимущественно переходят по направлению 1 , металл В будет иметь избыток электронов, т.е. заряжаться отрицательно, в то же время металл А, имеющий недостаток электронов, будет заряжаться положительно. Возникает контактная разность потенциалов. При этом величина контактной разности потенциалов определяется следующим соотношением:

, (1)

где - заряд электрона.

Положим далее, что концентрация электронов в металле А выше концентрации электронов в металле В (). Тогда в результате диффузионных процессов электроны будут переходить из металла А, где их концентрация больше, в металл В, где концентрация электронов меньше. Преимущественный переход электронов в этом случае определяется направлением 2 (рис. 1). Металл В будет заряжаться отрицательно, а металл А—положительно. Контактная разность потенциалов для данного случая определяется следующим выражением:

, (2)

где - постоянная Больцмана; - абсолютная температура рассматриваемых металлов и, следовательно, контакта; - заряд электрона; и - концентрации электронов в металлах А и В соответственно.

Результирующая контактная разность потенциалов может быть найдена как сумма выражений (1) и (2), т.е.:

(3)

Рассмотрим замкнутую цепь, составленную из двух металлов А и В, как это указано на рис.2. Такая замкнутая цепь называется термопарой.

Рис. 2

Пусть контакт 1 поддерживается при температуре Т₁, а контакт 2—при температуре Т₂. Тогда суммарная ЭДС в рассматриваемой цепи определится как алгебраическая сумма ЭДС на контактах 1 и 2, т.е:

(4)

Так как концентрация электронов практически не зависит от температуры, то выражение в первой скобке правой части соотношения (4) есть величина постоянная. Введем следующее обозначение:

(5)

Величина называется постоянной термопары.

С учетом введенного обозначения соотношение (4) будет иметь следующий вид:

(6)

Из уравнения (6) видно, что ЭДС термопары прямо пропорциональна разности температур спаев, если эта разность температур не очень велика.

Как показывают расчеты и экспериментальные исследования постоянная термопары С для металлов не превышает нескольких десятков микровольт на градус.

Таким образом, термопары, широко применяемые для измерения температур, представляют собой спаи двух проволок из разнородных материалов с известной термоэлектродвижущей силой. Материал термопар подбирается таким образом, чтобы в заданном температурном интервале не происходили фазовые превращения в металлах и сплавах. Схема подключения термопары при измерении температур представлена на рис.3.

Рис.3

Контакт (1) термопары помещается в исследуемую среду (печь 3), где измеряется температура , контакт (2) помещается в термостат (4) с определенной температурой (например, в сосуд со льдом). В ряде случаев в качестве термостата используется окружающая среда, в которой фиксируется температура. Термопара подключается к милливольтметру (5). Контрольная термопара для измерения температуры печи соединяется с электроизмерительным прибором, отградуированным в градусах Цельсия.