Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Градуировка термопары компенсационным методом




Цель работы. изучить компенсационный метод измерения ЭДС, провести градуировку исследуемой термопары, измерить постоянную термо-ЭДС.

 

Приборы и  принадлежности

1. Прибор универсальный измерительный УПИП – 60М.

2. Исследуемая термопара.

3. Электрический нагреватель.

4. Термометр.

                                                  

Краткая теория

При соединении двух разнородных металлов возникает разность потенциалов, которую называют контактной разностью потенциалов.

Итальянский физик А. Вольта установил экспериментально два закона:

Контактная разность потенциалов зависит от химической природы и температуры соприкасающихся проводников.

Контактная разность потенциалов цепи из последовательно соединенных разнородных проводников, имеющих одинаковую температуру, не зависит от химической природы промежуточных проводников, а определяется контактной разностью потенциалов, которая возникает при контакте крайних проводников.

Рассмотрим контакт двух металлов с разными работами выхода. Работой выхода электрона из металла называется энергия, которую необходимо сообщить электрону, находящемуся на уровне Ферми, чтобы удалить его из металла. Уровнем Ферми в металле называется верхний энергетический уровень, заполненный электронами при температуре 0 К.

Пусть работа выхода электронов из первого металла меньше, чем из второго , а уровень Ферми в первом металле выше, чем во втором (см. рис. 1,а). При контакте двух металлов электроны будут переходить с высоких энергетических уровней первого металла на более низкие энергетические уровни второго металла. В результате уровни Ферми обоих металлов выравниваются и возникают внешняя и внутренняя контактная разности потенциалов (см. рис. 1,б).

Внешняя контактная разность потенциалов между точками А и В определяется разностью работ выхода электронов из металла и равна

                            ,                                         (1)

здесь е – элементарный электрический заряд.

 
 
 
 
 
 

Внутренняя контактная разность потенциалов возникает между двумя точками разнородных металлов, находящихся в двойном электрическом слое, который образуется в приконтактной области. Этот слой называется контактным. Его толщина в металлах составляет м.

Внутренняя контактная разность потенциалов определяется разными значениями энергий уровней Ферми двух разнородных металлов

 

                             .                                          (2)

 

К возникновению внутренней контактной разности потенциалов приводит разная концентрация электронов в металлах. Внутренняя контактная разность потенциалов зависит от температуры контактов и обусловливает термоэлектрические явления. Внешняя контактная разность потенциалов много больше внутренней контактной разности потенциалов.

Второй закон Вольта можно вывести на примере соединения трех разнородных металлов.                      

1 2 3

 

Разность потенциалов в цепи, содержащей последовательно соединенные проводники при одинаковой температуре, равна сумме всех разностей потенциалов, поэтому, учитывая формулы (1) и (2), можно записать

 

.     (3)

 

Таким образом, из формулы (3) следует, что разность потенциалов в цепи, состоящей из трех проводников, зависит только от характеристик крайних металлов.

В 1821 году немецкий физик Т. Зеебек (1770 – 1831) открыл экспериментально, что в замкнутой цепи, составленной из последовательно соединенных разнородных проводников, появляется электрический ток, если температуры контактов разные. Это возникновение термоэлектрического тока называется явлением Зеебека.

Пусть в цепи, состоящей из двух разнородных металлов, спаи имеют разную температуру и . Направление тока указано на рис. 2.                                

Опыт показывает, что термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС) в замкнутой цепи прямо пропорциональна разности температур в контактах

 

                      .                                               (4)

 

Коэффициент  называется постоянной термоэлектродвижущей силы. Единица измерения в СИ . Постоянная термо-ЭДС зависит от химической природы металлов.

Из формулы (4) можно определить температуру

                                        .                                                 (5)

Выражение (5) применяют при дистанционном измерении температуры с помощью термопары. Термопара – это устройство для измерения температуры, которое состоит из двух сваренных по концам разнородных металлов. Первый спай термопары размещают в месте замера температуры (), а второй спай имеет температуру окружающей среды (). Измеряя термо-ЭДС и температуру , подставляя известное значение постоянной термо-ЭДС (), можно вычислить по формуле (5) значение температуры .

    

Описание установки

 

Проградуировать термопару — значит построить графическую зависимость термо-ЭДС от разности температур горячего и хо­лодного спаев и определить постоянную термопары.

Термо-ЭДС измеряется с помощью потенциометра постоянного тока, в основе устройства которого лежит компенсационный метод. Принципиальная схема, поясняющая суть метода, приведена на рис. 3.

От источника напряжения тока  с помощью регулируемого сопротивления R устанавливается рабочий ток  в измерительном сопротивлении . Поставив переключатель П в положение «1», можно изменением рабочего тока при неизменном значении добиться равенства ЭДС нормального элемента и падения напряжения на участке АВ, т.е.

                                       .                                                 (6)

Сила тока в гальванометре Г будет равна нулю, т.к. токи от источника и нормального элемента направлены противоположно.

Переводя переключатель П в положение «2», можно, изменяя , найти такое сопротивление , при котором падение напряжения на участке АВ будет равно , и гальванометр при этом также покажет нулевое значение

                               .                                                  (7)

 

 

 
Рис. 4

 

 


Поделив выражение (7) на (6), можно определить значение неизвестной ЭДС

                                                                                       (8)

Неизвестная ЭДС  является искомой термо-ЭДС. В описанном методе измерение ЭДС осуществляется с помощью образцовых мер: нормального элемента  и сопротивления . Нормальный элемент, ЭДС которого известна очень точно, служит лишь для градуировки потенциометра, т.е. для установки точного значения рабочего тока. В качестве последнего применяют нормальный элемент Вестона, ЭДС которого: В. Нормальный элемент Вестона ценен тем, что его ЭДС слабо зависит от температуры и сохраняет практически постоянное значение при условии бережного обращения с прибором.

На рис. 4 представлена установка для градуировки термопары. Она состоит из универсального измерительного прибора УПИП - 60 М, термопары, нагревателя и термометра. УПИП - 60 М предназначен для измерения напряжения, а в данном случае для измерения термо-ЭДС компенсационным методом.

На рис. 5 представлена лицевая панель прибора:

1  - клеммы подключения термопары;

2  - ручка реостата «точно»;

3  - ручка реостата «грубо»;

4  - переключатель питания;

5  - клеммы подключения термопары;

6  - ручка реостата «точно»;

7  - ручка реостата «грубо»;

8  - переключатель питания;

9  - переключатель В 12;

10 - ручка секционированного переключателя;

11 - ручка реохорда;

12 - переключатель пределов потенциометра.

 

                                 Выполнение работы

1. Подключить термопару к зажимам «-» и «mV» универсального измерительного прибора УПИП – 60 М, соблюдая полярность.

2. Установить переключатель «род работы» в положение «потенциометр».

3. Установить переключатель питания в положение «питание включено».

4. Установить переключатель пределов потенциометра в положение     «х 0,5» или «х 1». 

5. Для установки рабочего тока потенциометра установить переключатель В12 в положение «К».

6. Установить стрелку гальванометра на «0» сначала вращением рукоятки «грубо» при нажатой кнопке «грубо», а затем вращением рукоятки «точно» при нажатой кнопке «точно».

7. Измерить термо-ЭДС термопары при комнатной температуре. Для этого установить переключатель В12 в положение «Н». Вращением рукояток секционного переключателя и реохорда установить стрелку гальванометра на «0» сначала при нажатой кнопке «грубо», а затем при нажатой кнопке «точно». Значение термо-ЭДС в милливольтах будет равно сумме показаний шкал секционного переключателя и реохорда, умноженной на множитель, установленный на переключателе пределов потенциометра.

 

8. Включить нагреватель и провести замеры термо-ЭДС через каждые 10 0С                                                                                                          





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2018-10-15; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 347 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Сложнее всего начать действовать, все остальное зависит только от упорства. © Амелия Эрхарт
==> читать все изречения...

2214 - | 2087 -


© 2015-2025 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.01 с.