1. Cel  ćwiczenia:

        a- wyznaczenie  siły  termoelektrycznej  w  zależności  od  różnicy  temperatur 

                      spoin  termopary (cechowanie  termopary);

                   b- wyznaczenie  temperatury  krzepnięcia  stopu  metalu

2. Część  teoretyczna ( opis  zjawiska  fizycznego ).

Zjawisko  termoelektryczne  polega  na  powstawaniu  siły  elektromotorycznej     

miedzy  spoinami  dwóch  różnych  metali, jeśli  miedzy  tymi  spojeniami  występuje 

różnica  temperatur. Zjawisko  to  wykorzystuje się  do  pomiaru  temp.  SEM  powoduje  przepływ  prądu  ( ,   {napięcie  kontaktowe} ) ;nazywamy  ja  siła  termoelektryczna. Jej  wartość  zależy  od  rodzaju  stykających się  metali  oraz  od  różnicy  temperatur  spojeń. W  praktyce  do  pomiaru  siły  termoelektrycznej  stosuje  się  miernik, którego zaciski,  przewody  doprowadzające  oraz  sam  ustrój  pomiarowy  mogą  być  wykonane  z  innych  metali  niż  termopara. Jeżeli  w  obwód  termopary  włączymy inne  przewodniki, tak  aby  dodatkowe  spojenia  miały  tą samą temperaturę, to siła  termoelektryczna  nie  ulegnie  zmianie ( jest  to  tzw. "prawo trzeciego  metalu" ). Zwykle  jako  temperaturę  odniesienia  przyjmuje  się  temperaturę  273 K, która  łatwo  uzyskać  wykorzystując  mieszaninę  wody z  lodem. Aby  zabezpieczyć  te  mieszaninę  przed poborem  ciepła  z  otoczenia, umieszcza  się  ja  wewnątrz  naczynia  Devara (w  termosie ).

Termopary najczęściej wykonywane są z:

·         Miedzi i konstantanu (90% Ni i 60% Cu) –zakres pomiarowy od 70K do 800K

·         Platyny i platynorodu (90% Pt i 10% Rh) –zakres pomiarowy do 1300K

·         Irydu i stopu irydu z rodem –zakres pomiarowy do 2300K.

Warto zwrócić uwagę na to, że siła termoelektryczna termopary zależy od czystości (ilości i rodzaju domieszek) oraz obróbki mechanicznej metali, z których została wykonana . Z tych powodów bardzo ważny jest staranny dobór metali , z których wykonuje się termopary. Bardzo istotne jest także staranne wyskalowanie termopary .

  Jeżeli podczas stygnięcia zachodzi przemiana fazowa pierwszego rodzaju , np. Krzepnięcie ciała, to z przemianą tą związany jest efekt polegający na wydzielaniu ciepła bez zmiany temperatury ciała . W rozpatrywanym przez nas przypadku jest to ciepło krzepnięcia .

Ciepłem przemiany fazowej (krzepnięcia, topnienia, parowania, skraplania lub innej) nazywamy ilość ciepła wydzieloną lub pochłoniętą podczas przemiany fazowej bez zmiany temperatury ciała.

3. Część  doświadczalna:

                1) Cechowanie  termopary:

                 a) zmontowanie  układu  w/g  schematu

                1) woltomierz,                                         3c) tygiel,

               2) kuchenka  elektryczna,                        4) mieszadło,   

               3a) naczynie  z  woda,                              5) termometr,

               3b) naczynie  z  lodem+woda,                  6) autotransformator.

Skalowanie termopary polega na wyznaczeniu zależności siły termoelektrycznej od różnicy temperatur między spojeniami. Najczęściej jako temperaturę odniesienia przyjmuje się temperaturę 0°C, którą łatwo uzyskać wykorzystując mieszaninę wody z lodem.Jedno ze spojeń termopary umieszczone jest w mieszaninie wody z lodem, drugie zaś w pojemniku. Temperaturę pojemnika można zmieniać w kontrolowany sposób, a jej wartość wyznaczać za pomocą termometru wzorcowego. Wyniki skalowania termopary można przedstawić w formie wykresu zależności siły termoelektrycznej termopary od różnicy temperatur między spojeniem zimnym i gorącym , lub wyznaczyć wartość współczynnika wiążącego siłę termoelektryczną z temperaturą (jeżeli założymy, że związek ten jest liniowy).

Wyniki doświadczeń:   Skalowanie termopary .

Do  wyznaczenia  współczynnika  termoelektrycznego  [a]  można  użyć  jeden

               z  poniżej  przedstawionych  wzorów :

                     1. a = ,          gdzie        E;

                                  k - stała  Boltzmana,                          h - stała  Plancka,

                                  E- energia  Fermiego,                    m - masa  elektronu,

                                  e - ładunek  elektronu,                      V - objętość,

                                                                                            N - liczba  eletronow.

                      2. U 

                            lub    U,    gdzie   U - kontaktowa  różnica  potencjałów

   Współczynnik a wyznaczyłem ze wzoru 2 przy pomocy arkusza kalkulacyjnego microsoft excel (korzystałem z funkcji regresji liniowej).

                                  a=44,571[mV/K]                                          

Średnie odchyleni kwadratowe wg. wzoru : = 0,493 [mV/K]

Wyznaczanie temperatury krzepnięcia stopu.

                                           Tabela pomiarowa.