Методические указания к лабораторным работам по курсу общей физики (Электричество и магнетизм. Ч.2) - 7 стр.

UptoLike

7
металлических проводников, имеющих одинаковую температуру. Однако
контактная разность потенциалов, как видно из формулы (3), зависит от
температуры. Этой зависимостью и обусловлено явление, получившее название
термоэлектрического эффекта.
Составим замкнутую цепь из
двух разнородных металлических
проводников 1 и 2. Температуры
контактов (спаев) a и b будем
поддерживать
различными: Т
a
>T
b
(рис.5). Тогда ,
согласно формуле (3), контактная
разность потенциалов в горячем спае
больше , чем в холодном ΔU
a
>ΔU
b
.
В результате между спаями a и b возникает разность потенциалов
ε
(
)
(
)
,
2121
ba
ba
UU
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
=
=
называемая термоэлектродвижущей силой, а в замкнутой цепи пойдет ток силой
J. Пользуясь формулой (3), получаем
ε
=
+
Α−Α
−−
+
Α−Α
−=
2
121
2
121
lnln
n
n
e
kT
en
n
e
kT
e
ba
,ln)(
2
1
n
n
e
k
TT
ba
−=
или
ε
(
)
,
=
=
cTTc
b
a
(4)
где коэффициент
2
1
ln
n
n
e
k
c=
называется постоянной термопары.
Термопара - замкнутая цепь, состоящая из двух разнородных проводников,
в которой создается ток за счет различия температуры контактов.
Формула (4) показывает, что термоэлектродвижущая сила (ТЭДС)
термопары пропорциональна разности температур спаев (контактов).
Постоянная термопары
с
численно равна термоэлектродвижущей силе ,
возникающей при разности температур спаев в 1 градус . Наиболее
распространенные термопары: медь- константан, железо -константан, железо -
никель, платина-платинородий и др . имеют среднюю величину с порядка (5-100)
мкВ/К .
φ
1
φ
1
φ
2
φ
2
a b
b
1
2
T
b,
Δ U
b
T
a,
Δ U
a
Рис.5
                                                      7
м е т алли че с к и х пр о во дни к о в, и м е ющ и х         о ди нак о вую т е м пе р ат ур у. Однак о
к о нт ак т ная р азно с т ь по т е нци ало в, к ак ви дно и з фо р м улы (3), зави с и т о т
т е м пе р ат ур ы . Э т о й зави с и м о с т ью и о бус ло вле но явле ни е , по лучи вше е названи е
т е р м о эле к т р и че с к о го эффе к т а.
                                                                   Со с т ави м зам к нут ую це пь и з
                                  1                       д ву  х    р азно р о дны х      м е т алли че с к и х
                         φ1             φ1                пр о во дни к о в 1 и 2. Т е м пе р ат ур ы
                                               Tb, Δ Ub к о нт ак т о в (с пае в) a и b буде м
                              a       b
         Ta, Δ Ua
                         φ2   b         φ2                по дде р ж и ват ь
                                                          р азли чны м и : Т a>Tb (р и с .5). Т о гда,
                                  2                       с о глас но фо р м уле (3), к о нт ак т ная
                              Ри с .5                     р азно с т ь по т е нци ало в в го р яче м с пае
                                                          бо льше , че м в х о ло дно м ΔU a>ΔU b.
          В р е зульт ат е м е ж дус паям и a и b во зни к ае т р азно с т ьпо т е нци ало в

                   ε   = ∆U a − ∆U b = (ϕ1 − ϕ 2 )a − (ϕ1 − ϕ 2 )b ,
назы вае м ая т е р м о эле к т р о дви ж ущ е й с и ло й, а в зам к нут о й це пи по йде т т о к с и ло й
J. По льзуяс ьфо р м уло й (3), по лучае м


               ε       Α − Α 2 kTa n1   Α1 − Α 2 kTb n1 
                   =  − 1    +   ln  −  −    +   ln  =
                           e    e   n2       e    e   n2 
                                                   k n
                                       = (Ta − Tb ) ln 1 ,
                                                   e n2
и ли

                             ε   = c(Ta − Tb ) = c∆Τ,                                                      (4)
где к о эффи ци е нт
                                                 k n1
                                               c= ln
                                                 e n
                                                     2
назы вае т с япо с т о янно й т е р м о пар ы .
          Т е р м о пар а - зам к нут аяце пь, с о с т о ящ аяи з двух р азно р о дны х пр о во дни к о в,
в к о т о р о й с о здае т с ят о к за с че т р азли чи ят е м пе р ат ур ы к о нт ак т о в.
           Ф о р м ула (4) по к азы вае т , чт о т е р м о эле к т р о дви ж ущ ая с и ла (Т Э Д С)
т е р м о пар ы пр о по р ци о нальна р азно с т и т е м пе р ат ур с пае в (к о нт ак т о в).
           По с т о янная т е р м о пар ы с чи с ле нно р авна т е р м о эле к т р о дви ж ущ е й с и ле ,
во зни к ающ е й пр и р азно с т и т е м пе р ат ур с пае в в 1 гр адус . Наи бо ле е
р ас пр о с т р ане нны е т е р м о пар ы : м е дь-к о нс т ант ан, ж е ле зо -к о нс т ант ан, ж е ле зо -
ни к е ль, плат и на-плат и но р о ди й и др . и м е ют с р е днюю ве ли чи нус по р ядк а (5-100)
м к В/К .