Термоэлектричество и представления о термопаре

Термоэлектричество и представления о термопаре

Следует отметить, что использовать контактную разность для обеспечения под ее действием электрического тока на некотором участке замкнутой цепи в полной мере нельзя. Чтобы это пояснить, составим замкнутую цепь из тех же разнородных металлов и будем поддерживать во всех точках цепи одинаковую температуру. Тогда вместо одного возникнут два контакта, в каждом из которых возникает своя контактная разность потенциалов, причем в плане создания результирующей э.д.с. в такой замкнутой цепи одна исключает другую:

(8)

Ситуация здесь сходна с той, которая имела бы место, если в замкнутую электрическую цепь включить например два химических источника тока с равными э.д.с. навстречу друг другу. Последовательное включение в замкнутую цепь новых металлов не изменяет ситуацию, что нашло свое отражение во 2-ом законе Вольта.

Совершенно иной результат получается, если температуры контактов будут различны. Пусть например для цепи, составленной из двух металлов, T₁>T₂. Тогда выражение для результирующей э.д.с. примет вид

(9)

Мы видим, что здесь результирующая э.д.с. нулю не равна, и поэтому в замкнутой цепи возникает термоэлектрический ток, который может быть зарегистрирован прибором, измеряющим электрический ток (гальванометр, микро- или миллиамперметр). На концах разомкнутой цепи, состоящей однако из двух контактов разнородных металлов, находящихся при разных температурах, будет проявлять себя эта результирующая э.д.с. без протекания тока (в силу разомкнутости цепи). Она может быть зарегистрирована соответственно микро- или милливольтметрами, так как значения термоэдс в реалиях не велики. Таким образом, термо-э.д.с. рождается как разность контактных разностей потенциалов, возникающих на контактах при их разных температурах. При этом и здесь имеет место сходство с включением последовательно навстречу друг другу двух источников постоянного тока, но с разными э.д.с..

Представленные здесь элементы теории контактной разности потенциалов и термоэлектричества являются приближенными, которые однако предусматривают главный результат, что возникающая термо-э.д.с. от двух контактов двух разнородных металлов пропорциональна разнице температур этих контактов, т.е.

(10)

Этот результат устанавливает в первую очередь возможность определения разницы температур путем измерения либо э.д.с. ( ), или термоэлектрического тока в замкнутой электрической цепи. Два металла с контактами именуются в этих случаях термопарой, а контакты – спаями, которые действительно на практике формируются методом сплавления двух металлов в малой области. Коэффициент , стоящий в формуле (10) в силу приближенности теории определяется экспериментально для различных пар металлов. Приведем для полного представления реальные средние значения удельной термо-э.д.с. (средние значения , выраженные в частности в мкВ/К) для некоторых пар металлов:

Медь-константан …………….43 Платина-платинородий (5%)....6.4

Серебро-платина …………….12 Железо- константан…………...54

Никель-платина………………11 Хромель- копель………………69

Термопары как источники постоянного тока имеют малую мощность и низкий к.п.д., что однако не мешает их использованию для измерения температур. Если же термопары последовательно соединить в батареи, то их термо-э.д.с. значительно возрастает. Тем не менее, существенный прогресс в области термоэлектричества был получен, когда вместо металлов используются полупроводники. Однако в рамках настоящей лабораторной работы, посвященной только знакомству с термопарой, сформированной на основе двух разнородных металлов, мы вопросы термоэлектричества с применением полупроводников не рассматриваем.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 Следующая ⇒