1. CEL ĆWICZENIA

   Celem ćwiczenia jest poznanie fizycznych podstaw  zjawiska termoelektrycznego i zapoznanie z techniką pomiaru temperatury za pomocą termopary.

2. WSTĘP TEORETYCZNY

   Zjawisko termoelektryczne polega na powstaniu siły elektromotorycznej między spojeniami dwóch różnych metali, jeżeli między tymi spojeniami występuje różnica temperatur. Zjawisko to wykorzystuje się do pomiaru temperatury. Zastosowanie termopar umożliwia zdalny pomiar temperatury, rejestrację zmian temperatury, automatyczną regulację procesów technologicznych oraz pomiar temperatury bardzo małych obiektów. Dodatkowymi zaletami termopar są: ich prosta konstrukcja, trwałość, bardzo duży zakres pomiarowy, dokładność i czułość pomiaru oraz mała bezwładność cieplna.

Metal jest zbudowany z jonów dodatnich tworzących sieć krystaliczną oraz elektronów swobodnych poruszających się między tymi jonami. Koncentracja elektronów swobodnych jest różna w różnych metalach, a ponadto zależy od temperatury. W miejscu styku następuje dyfuzja elektronów z metalu o większej koncentracji elektronów swobodnych do metalu o mniejszej koncentracji.

W obwodzie zamkniętym złożonym z dwóch różnych metali, gdy temperatury styków są jednakowe, następuje kompensacja napięcia Uab, powstałego na jednym ze styków, przez napięcie Uba na drugim styku. W obwodzie prąd nie płynie.

Jeżeli temperatury styków będą się różnić między sobą T1¹T2 , to napięcie kontaktowe Uab ¹Uba i w obwodzie popłynie prąd termoelektryczny. Na gruncie elektronowej teorii metali w złączu wykonanym z dwóch metali  A  i  B  ,to powstanie kontaktowa różnica potencjałów

,gdzie:

e    - ładunek elektronu,

- energia Fermiego dla metalu A

- energia Fermiego dla metalu B.

   W praktyce, dla niedużych różnic temperatur między spoinami można przyjąć liniową zależność siły termoelektrycznej od różnicy temperatur.

                            Stała a nazywa się współczynnikiem termoelektrycznym i oznacza wartość siły termoelektrycznej dla termopary wykonanej z danej pary metali przy różnicy temperatur między spojeniami równej 1 K.

3. SCHEMAT POMIAROWY

Schemat pomiaru temperatury za pomocą termopary

Przed przystąpieniem do pomiaru temperatury przeprowadziliśmy skalowanie termopary. Polega ono na doświadczalnym wyznaczeniu zależności siły termoelektrycznej od temperatury. W tym celu umieszcza się jedno ze spojeń termopary w mieszaninie wody z lodem a drugie w pojemniku, w którym możemy zmieniać temperaturę w sposób kontrolowany. W podgrzewanym naczyniu znajdowała się termopara i termometr.

4. POMIARY I OBLICZENIA

Pomiary przeprowadzone w celu wyskalowania termopery: