Градуировка термопары

   Цель  работы:  изучение зависимости электродвижущей силы термопары       от разности температур между спаями термопары. 

      Теоретическое введение 

    Между двумя разнородными соприкасающимися металлами возникает разность потенциалов,   называемая контактной.  Она подразделяется на внешнюю и внутреннюю.  Внешняя обусловлена разным    значением работы выхода (А) электронов из различных металлов, внутренняя - разной плотностью свободных электронов в них.

    Рассмотрим  действие каждой причины отдельно.

    I. Плотность электронов в обоих металлах одинаковая, но работа выхода - разная.  Пусть А1 < А2  .  Из 1 металла во II перейдет часть электронов. Тонкий поверхностный слой II  металла зарядится отрицательно,  1-го - положительно. В пространстве,  окружающем металлы,  возникает электрическое поле.

    На  рис.  I пунктиром показаны силовые линии,  а сплошными линиями – эквипотенциальные поверхности этого поля.

    Рис.1  

    Как видно из рисунка I  между любыми двумя точками,  лежащими на поверхностях разнородных металлов, в том числе между свободными концам металлов,  устанавливается разность

потенциалов U_внеш..

    2. Плотность электронов в соприкасавшихся  металлах различна,  но A1 = A2.

    Диффузионный  поток электронов из I металла во II превысит поток электронов противоположного направления. Так,  вблизи контакта между точками, лежащим по обе стороны от него внутри металлов,  устанавливается разность потенциалов, называемая внутренней контактной Uвнутр. Теоретическое рассмотрение внутренней контактной разности потенциалов позволяет получить для нее следующее выражение:  где e - заряд электрона, Т - температура контакта. Учитывая /I/ и /2/,  получим окончательную формулу для полной контактной разности потенциалов:

    В замкнутой цепи, состоящей их двух или нескольких разнородных металлов, если температуры контактов различны, возникает термоэлектродвижущая сила (термоэдс).

    Такая цепь, состоящая из двух разнородных  металлов,  называется термопарой. Учитывая формулу (3), при температурах контактов T1 и   Т2    получим следующую формулу для определения термоэдс Е_m

Коэффициент "С" в формуле ( 4 ) имеет неизменное значение для данной пары металлов в определенном интервале температур и называется постоянной температуры.  Чтобы уяснить себе причину возникновения термоэдс, рассмотрим однородный металлический стержень   АВ,  на концах которого поддерживается постоянная разность температур. Если температура конца   А   выше чем температура конца   В     / ТА > TB /,  то средняя кинетическая энергия электронов у горячего конца выше,            чем у холодного.

    Быстрые электроны диффундируют к концу  B,  а медленные - к концу А.  Однако поток быстрых электронов превышает поток медленных.  Вследствие  этого холодный конец зарядится отрицательно,  а горячий - положительно. Подвижное равновесие наступит при равенстве диффузионного потока,  вызванного градиентом температуры,  потоку созданному возникшим электрическим полем. Из сказанного следует, что разность потенциалов на концах металлического стержня  зависит от природы металла и разности температур его концов.

    В термопаре скачки потенциала на горячем  и холодном контактах различны, что ведет к возникновению термоэлектродвижущей силы.

    При помощи термопары можно измерять температуру. Для этого термопара  должна быть проградуирована, то есть найдена экспериментально зависимость ЭДС от разности температур спаев. Градуирование термопары является    целью данной лабораторной работы. 
 
 
 

     Практическая  часть 

    С_ср.1=0,00005В/К

    С_ср.2=0,00007В/К.