Если с двух или нескольких проводов, изготовленных из разных материалов, замкнутая цепь, то в этой цепи будет ток, если температура всех спаянных концов неодинаковая. Комбинация двух спаянных на концах разных проводников называется термопарой. Контактная разность потенциалов при одинаковой температуре в замкнутой цепи из металлических проводников не может создать тока, т.к она лишь уравнивает потоки электронов в противоположных направлениях. Следовательно.не возникает ЭДС. Возьмем замкнутую цепь из двух разных металлов Аи В, с разной концентрацией электронов, температура контактов которых, С и D, будут разными. При таком условии в цепи возникнет ЭДС.
Рисунок 4.18 −Термоэдс
Если подогреть контакт D, то в нем произойдет переход электронов из области большей концентрации металла(В) в металл А с меньшей концентрацией электронов. Контактная разность потенциалов в соединении D возрастет. Так как в металле А на конце D электронов стало больше, то они устремятся к концу С. Увеличение концентрации электронов на конце С вызовет их переход из металла А в металл В через контакт С. Отсюда они по металлу В перейдут к контакту D. Таким образом, если температура контакта DTD>TC, то по замкнутой цепи пойдет ток. Следовательно, в такой цепи действует ЭДС. Природа такой ЭДС –тепловая.
ЭДС в замкнутой цепи, составленной из разнородных металлов, которая обусловлена различными температурами контактов, называют термоэлектродвижущей силой (термо-ЭДС).
Термо–ЭДС, в цепи их двух разнородных металлов прямо пропорциональна разности температур их контактов и зависит от рода металлов.
Электрическая энергия в такой цепи получается за счет внутренней энергии источника, поддерживающего разность температур контактов.
Если через контактную область двух разнородных проводников пропустить электрический ток, то электроны, проходя через контактную область, будут в зависимости от направления тока, либо ускоряться либо тормозить. Если электроны ускоряются, то в приграничном слое выделяется тепло (электроны, получившие кинетическую энергию, будут при столкновениях передавать энергию атомам металла). Если электроны тормозятся контактным электрическим полем, то на контакте поглощается тепло (электроны, потерявшие скорость будут при столкновениях с атомами получать от них энергию, то есть охлаждать контакт). Термо-ЭДС в этом случае определяется:
ε=I·(Rt+Rв)=I·Rо (4.54)
где I-сила тока в цепи; Rt-сопротивление термопары; Rв- внешнее сопротивление цепи;
Rо= Rt +Rв
Если Rt<Rв то можно считать, что ток прямо пропорционалентермоЭДС термопары.
С другой стороны термоЭДСпропорциональная разности температур обеих спаев.
ε =k(T2-T1)=k·∆T (4.55)
где k – коэффициент термоЭДС; ∆T-разность температур контактов
Имеем
IR0 = k 
(Т2 - Т1)
Величина тока I определяется по отклонению стрелки гальванометра, поэтому можно построить график зависимости между различием температур и показаниями «зайчика» гальванометра. Прямолинейная зависимость (с небольшими отклонениями) является критерием применимости
IR 0= k (Т2 - Т1). (4.56)
Термоэлектрические явления в данное время широко используются в народном хозяйстве для измерения температур
Часть1
1.Соберите цепь с термопары и зеркального гальванометра. Установите «зайчик» на нулевой отметке шкалы.
| μA |
Рисунок 4.19 − Экспериментальная установка
2.Наполните 1-й колориметр водой со льдом и через несколько минут замеряйте температуру t0;
3.Опустите оба конца термопары в колориметры. Во второй колориметр наливайте горячую воду, каждую минуту замеряя температуру воды в нем;
4. Для каждого значения температуры горячей воды во втором калориметре одновременно отмечайте показания «зайчика» гальванометраn;
5.Данныеti0 и гальванометра nзанесите в таблицу4.18 сделав 10 замеров;
6. На миллиметровой бумаге постройте график зависимости n(∆t) показания «зайчика» гальванометраn и разности температур ∆ tдля горячей воды;
7. По графику n(∆t)прямой зависимости междуnи ∆ tопределите Кср – коэффициент термо ЭДС
Таблица4.18 – Экспериментальные данные
| № п/п | начальная тем-ра t0 С0 | тем-ра гор.воды tгор.С0 | показание амперметра n | разность показ. тем-ры Dtгор.С0 | Коэфф. термоЭДС Кср | термоЭДС Е= Кср(t2 –t1) |
| 0 | ||||||
| 1 | ||||||
| 2 | ||||||
| .. |
Часть2
1.Не отключая зеркальный гальванометр и не меняя положения приборов, измерьте температуру горячей воды. Это будет t0и снимите показания зайчика n0;2. С помощью кусочков льда или холодной воды, снижайте температуру воды во 2-м калориметре, ежеминутно снимая показания термометра в нем и показания «зайчика» гальванометраn;
3.Для каждого значения температуры охлажденной воды во втором калориметре одновременно отмечайте показания «зайчика» гальванометраn;
5.Данныеti0 и гальванометра nзанесите в таблицу4.19 сделав 10 замеров;
6. На миллиметровой бумаге постройте график зависимости n(∆t) показания «зайчика» гальванометраn и разности температур ∆ tдля холодной воды воды;
7.По графику n(∆t)прямой зависимости междуnи ∆ tопределите Кср – коэффициент термо ЭДС;
Таблица4.19 – Экспериментальные данные
| № п/п | начальная тем-ра t0 С0 | тем-ра хол.воды tхол.С0 | показание амперметра n | разность показ. тем-ры DtхолС0 | Коэфф. термоЭДС Кср | термоЭДС Е= Кср(t2 –t1) | e% |
| 0 | |||||||
| 1 | |||||||
| 2 | |||||||
| .. |
