Термоэлектричество
ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ
- Кусок медного провода без изоляции
- Кусок стального провода без изоляции
- Свеча
- Кубики льда
Схема
РИСУНОК
ИНСТРУКЦИИ
Скрутите один конец стального провода с концом медного провода. Подсоедините свободные концы обоих проводов к соответствующим контактам клеммника. Установите вольтметр на самый чувствительный диапазон и подсоедините его к контактам с проводами. Вольтметр должен показывать напряжение близкое к нулю.
То, что вы только что сконструировали, и есть термопара: устройство, генерирующее малое напряжение пропорционально разности температур между концом провода и местом подключения вольтметра. Когда температура на свободном конце провода равна температуре на конце, присоединенном к контакту, разности потенциалов не возникнет, и стрелка вольтметра не отклонится.
Зажгите свечу и поместите соединенные концы проводов над пламенем. Стрелка вольтметра придет в движение. Уберите свечу от конца термопары, дайте ему остыть до тех пор, пока показание вольтметра снова не опустится до нуля. Теперь, коснитесь концом термопары кубика льда и отметьте изменение разности потенциалов, которую указывает вольтметр. Пронаблюдайте, будет значение на вольтметре больше или меньше полученного при опыте с пламенем свечи. Какова полярность этого напряжения по сравнению с напряжением, полученным под действием пламени?
После прикосновения концом термопары к кубику льда согрейте его пальцами. До того как провод достигнет температуры тела может пройти некоторое время, в течение которого придется наблюдать за изменением показаний вольтметра.
Принцип действия термопары основан на эффекте Зеебека: возникновение разности потенциалов пропорционально разности температур по длине провода. Такая разность потенциалов зависит от значения разности температур и типа провода. Напрямую измерить напряжение Зеебека, создаваемое в проводнике под действием изменения температуры, довольно трудно, поэтому не будем пытаться проделать это в рамках данного эксперимента.
Термопары, составленные из двух разнородных металлов, соединенных на одном конце, порождают разность потенциалов, пропорциональную температуре места соединения. Разность температур на обоих проводах, возникающая в результате наличия постоянной температуры в месте соединения, порождает разность потенциалов Зеебека в проводниках, поскольку провода сделанны из разных металлов. Напряжение на выходе, возникающее между двумя свободными концами проводов – это разность между двумя напряжениями Зеебека:
Термопары широко используются в качестве устройств для определения температуры, поскольку математические отношения между разностью температур и выходным напряжением повторяемы и линейны. Измеряя напряжение, можно измерить температуру. Различные уровни измерения температур возможно установить путем выбора различных пар металлов.