Электроника:Эксперименты/Электрические цепи постоянного тока/Термоэлектричество

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Термоэлектричество[1]

Оборудование и материалы

  • Длинный оголённый (без слоя изоляции) медный провод
  • Длинный оголённого (без слоя изоляции) железный провод
  • Свеча
  • Кубики льда

Железную/медную проволоку можно приобрести в хозяйственном магазине. Если одну из проволок не удаётся найти, вместо неё подойдёт алюминиевая проволока.

Ссылки по теме

Цели эксперимента

  • Проиллюстрировать функцию и назначение термопары.

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: термопара и вольтметр.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: термопара и вольтметр.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: термопара и вольтметр (реализация на клеммной колодке).
Рис. 2. Иллюстрация: термопара и вольтметр (реализация на клеммной колодке).

Ход эксперимента

Скрутите один конец железной проволоки вместе с одним концом медной проволоки. Подсоедините свободные концы этих проводов к соответствующим клеммам на клеммной колодке. Установите вольтметр в наиболее чувствительный диапазон и подключите его к клеммам, к которым присоединяются провода. Измеритель должен показывать почти нулевое напряжение.

То, что вы только что сконструировали, представляет собой термопару: устройство, генерирующее небольшое напряжение, пропорциональное разности температур между наконечником и точками подключения измерителя. Когда наконечник находится при температуре, равной температуре клеммной колодки, напряжения не будет, и, следовательно, на вольтметре не будет никаких показаний.

Зажгите свечу и вставьте кончик скрученной проволоки в пламя. Вы должны заметить показание на вольтметре. Выньте наконечник термопары из пламени и дайте остыть, пока показания вольтметра снова не станут почти нулевыми. Теперь прикоснитесь кончиком термопары к кубику льда и запишите напряжение, показанное на измерителе. Это больше или меньше значения, полученного с пламенем? Как соотносится полярность этого напряжения с полярностью, создаваемой пламенем?

Коснувшись кончиком термопары кубика льда, согрейте его, удерживая между пальцами. Для достижения температуры тела может потребоваться некоторое время, поэтому будьте терпеливы, наблюдая за показаниями вольтметра.

Термопара представляет собой применение эффекта Зеебека: создание небольшого напряжения, пропорционального градиенту температуры по длине провода. Это напряжение зависит от величины разности температур и типа провода. Непосредственное измерение напряжения Зеебека, возникающего по длине непрерывного провода из-за градиента температуры, довольно сложно, и поэтому в этом эксперименте даже и пытаться не будем.

Термопары, сделанные из двух разнородных металлов, соединённых с одного конца, создают напряжение, пропорциональное температуре спая. Градиент температуры вдоль обоих проводов, возникающий из-за постоянной температуры в месте соединения, создаёт разные напряжения Зеебека по длине этих проводов, потому что провода сделаны из разных металлов.

Результирующее напряжение между двумя свободными концами провода представляет собой разницу между двумя напряжениями Зеебека:

Рис. 3. Напряжение возникает из-за разницы между двумя напряжениями Зеебека.
Рис. 3. Напряжение возникает из-за разницы между двумя напряжениями Зеебека.

Термопары широко используются в качестве устройств для измерения температуры, потому что математическая зависимость между разностью температур и результирующим напряжением является масштабируемой и довольно линейной. Измерив напряжение, можно определить температуру. Различные диапазоны измерения температуры возможны за счёт выбора различных пар металлов, которые будут соединяться вместе.

См.также

Внешние ссылки