1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. Пусть два различных проводника А и Б с различной электронной плотностью соединены друг с. - презентация

1 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. Пусть два различных проводника А и Б с различной электронной плотностью соединены друг с другом (Рис ). Рис Электроны начинают проникать через границу в обе стороны. Но из-за разной электронной плотности поток из А в Б больше потока из Б в А. А Б В результате на границе образуется двойной электрический слой – справа избыток отрицательных зарядов, слева – положительных.

2 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. А Б U АБ Образуется контактная разность потенциалов U АБ. Поскольку подвижность электронов тем больше, чем больше температура, то U АБ также зависит от температуры спая.

3 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. А Б U АБ Однако так измерить температуру нельзя! В замкнутой цепи сумма всех контактных напряжений равна нулю, ток не возникает.

4 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. ААБ12 t1t1 t2t2 Рис Соберем цепь состоящую из двух спаев (Рис ). Если температуры обоих спаев равны, то ток не возникает, т. к. U АБ = U БА. Но если температуры спаев различны, то U АБ U БА. Тогда в цепи возникает ток.

5 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. В замкнутой цепи, содержащей два спая двух разнородных проводников, возникает электрический ток, пропорциональный разности температур этих спаев. Закон Зеебека: Рис Термопара. А БА t1t1 t2t2 (1.8.1) е – контактная разность потенциалов, возникающая в паре А - Б при разности температур в 1 градус (~10 -5 в/К), R Σ – суммарное сопротивление всей цепи.

6 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. Рис К закону Пельтье Закон Пельтье: Если через замкнутую цепь, содержащую два спая двух разнородных проводников, пропустить электрический ток, то температура одного из спаев повышается, а другого – понижается. А БА t1t1 t2t2 А БА t1t1 t2t2 Закон Зеебека дает возможность измерить разность температур между спаями. Закон Пельтье полностью обратим по отношению к закону Зеебека. Закон Пельтье дает возможность создать термоэлектрический холодильник.

7 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. А БА А БА А БА Гор.Хол. Гор. А почему закон Пельтье полностью обратим по отношению к закону Зеебека?...

8 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. Рис Термобатарея. t1t1 t2t2 Для повышения чувствительности термоэлектрического термометра соединяют последовательно несколько термопар и собирают термобатарею (Рис ). Ток, возникающий в термобатарее: (1.8.2) n – количество термопар в термобатарее, R t – сопротивление одной термопары, R g – сопротивление гальванометра, r – сопротивление подводящих проводов.

9 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. Рассмотрим зависимость тока, возникающего в термобатарее, от количества термопар n. Для этого рассмотрим два крайних случая. Случай 1. Сопротивление термобатареи мало.. Ток пропорционален количеству термопар.

10 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. Случай 2. Сопротивление термобатареи велико. Ток не зависит от количества термопар. На практике следует руководствоваться соотношением: (1.8.3)

11 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. Чувствительность термопары и термобатареи. (1.8.4) Для повышения чувствительности термобатареи нужно: - брать материалы с максимальной контактной разностью потенциалов (е), - увеличивать количество термопар (n), руководствуясь соотношением (1.8.3).

12 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. Погрешности термопары и термобатареи. 1. Эффект Пельтье, из-за чего измеренная разность температур несколько меньше истинной в результате протекания термотока. 2. Изменение внутреннего сопротивления гальванометра. 3. Изменение сопротивления подводящих проводов.

13 R1R1 мкА 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. Путь устранения – компенсационная схема (Рис ) R2R2 R3R3 Рис Компенсационная схема. i1i1 i2i2 Если i 1 = i 2 то общий ток через термопару равен нулю. Эффект Пельтье не проявляется, а остальные причины погрешностей теряют смысл. Термоток можно измерять по микроамперметру мкА.

14 1.8. Термоэлектрические термометры. Термопара и термобатарея. R1R1 R2R2 R3R3 i1i1 i2i2 Для того, чтобы отказаться от второго измерительного прибора, термоток измеряют по шкале, нанесенной около ручки потенциометра R 2. Предварительно регулируют рабочий ток в контуре R 2 – R 3 с помощью резистора R 3.