Главная | Обратная связь

Основные теоретические сведения

Из курса термодинамики известно, что температура – это мера ___________________________________________ движения молекул или атомов вещества. Поэтому, непосредственное измерение температуры невозможно и оно всегда производится косвенным путем, т.е. основывается на зависимости от температуры таких физических параметров, которые могут быть измерены непосредственно. Эти параметры называются _______________________. К таким параметрам предъявляется ряд существенных требований: выбранная величина должна изменяться с температурой ___________________, не иметь одинаковых значений при разных температурах, как можно меньше зависеть от других ______________, измеряться простым образом, вид зависимости должен быть достаточно _______________ (желательно линейный). Ни одна физическая величина полностью этим параметрам не удовлетворяет, но есть величины, которые более чем другие подходят для измерения температуры.

В настоящее время при измерении температуры в качестве термометрических параметров широко используется термоэлектродвижущая ________ (сокращенно термо-Э.Д.С.) различных пар проводников и полупроводников. В связи с этим кроме термометров, основанных на зависимости изменения объема жидкости от температуры (ртутные и спиртовые термометры), применяют термопары.

Термопара -это ________________, состоящее из двух соединенных между собой разнородных электропроводящих элементов (металлов или полупроводников).

Места соединения разнородных элементов называются _______________________ термопары, асами проводники или полупроводники из которых состоит термопара, получили название ________________ термопары.

Если термопары используются в качестве датчика температуры, то в зависимости от особенностей подключения к измерительному прибору их подразделяют на интегральные и дифференциальные. Интегральная термопара состоит из ____________ спая, а её ветви непосредственно подключаются к клеммам _______________________________. Дифференциальная термопара состоит из ________ спаев и соединяющих их ветвей. Измерительный прибор в такой термопаре включается в __________ одной из ветвей.

Термоэлектродвижущая сила дифференциальной термопары (термо-Э.Д.С. термопары) –это электродвижущая сила ℰ, возникающая в электрической цепи, состоящей из разнородных проводников, контакты между которыми имеют __________________ температуру.Явлениевозникновениятермо-Э.Д.С называется термоэлектрическим эффектом. Впервые этот эффект в термопарах обнаружил в 1821 году Т. Зеебек, поэтому это явление получило еще название эффекта Зеебека. Единица измерения термо-Э.Д.С, как и единица измерения Э.Д.С. - ___________, но из-за малости значений,возникающих в термопарах электродвижущих сил их обычно измеряют в милли- и микро____________.

Рассмотрим процесс возникновения термоэлектродвижущей силы в термопаре. Это явление тесно связано с другим явлением - контактной разностью потенциалов, которое заключается в следующем: при соприкосновении двух разнородных металлических проводников некоторые электроны могут переходить из одного металла в другой вследствие _______________ движения. Металл, в котором образуется избыток электронов, заряжается _________________, а другой - ________________. Возникающая контактная разность потенциалов называется внутренней.

Итальянский физик А. Вольта экспериментально установил два закона, которым подчиняется это явление:

1) контактная разность потенциалов двух разнородных проводников зависит лишь от химического состава и __________________ соприкасающихся металлов.

2) контактная разность потенциалов __________________ соединенных различных проводников, находящихся при одинаковой температуре, не зависит от химического состава __________________ проводников и равна контактной разности потенциалов, возникающей при непосредственном соединении _____________ проводников.

Объяснение законов Вольта можно дать на основе классической электронной теории металлов.

Если привести в соприкосновение два различных металла (рис.1) 1 и 2 с работами выхода А₁ и А₂, причем А₂ > А₁, электроны, оказавшиеся у поверхности раздела металлов, совершая тепловое движение, легче переходят из металла, для которого работа выхода ___________, в металл, для которого работа выхода ______________, т.к. работа выхода – это _______________ необходимая электрону для того чтобы покинуть металл.

В рассматриваемом случае (рис 1) электроны будут переходить из металла 1 (и он заряжается _____________) в металл 2 (заряжается ________________) до тех пор, пока работа по перемещению электронов за счет контактной разности потенциалов не станет равной разности ______________________:

или

(1)

Различие в работах выхода - не единственная причина появления контактной разности потенциалов. Выражение (1) получено при условии, что концентрация свободных электронов в металлах одинакова, что на практике невозможно. Предположим, что и соответственно концентрации электронов в металлах 1 и 2, причем > . При этих условиях начнется диффузионный перенос электронов из _____________ металла во __________, в результате чего первый металл зарядится ______________, а второй - _________________.

Между металлами возникнет разность потенциалов , которая согласно теоретическим расчетам равна:

_________________ (2)

где k-постоянная Больцмана, e - заряд электрона.

Как правило, .

Обе причины возникновения контактной разности потенциалов (различие в работах выхода и концентраций свободных электронов) могут действовать как в одном и том же направлении, так и в противоположных. В рассмотренных выше случаях имеет тот же знак, что и .Контактная разность потенциалов, обусловленная обеими причинами, согласно (1) и (2) равна:

______________________________ (3)

Уравнение (3) есть математическое выражение первого закона Вольта; оно показывает, что зависит только от _________________ и химического состава соприкасающихся проводников (Т, А_1, А₂, n_1, n₂).

Если температуры контактов (рис 2) различных металлов (М₁ и М₂) различные (t₁ и t₂), то в «горячем» спае контактная разность потенциалов будет ____________, чем в «холодном». Это и приведет к появлению термоэлектрического эффекта. Следовательно, можно сделать вывод, что термо -Э.Д.С. термопары -это алгебраическая разница контактных разностей потенциалов «горячего» и «холодного» спаев термопары.

При небольших разностях температур термо-Э.Д.С. термопар линейно увеличивается с ростом температуры:

ℰ=_____________ (4)

где называется удельной термо-Э.Д.С (постоянной термопары, коэффициентом Зеебека, термоэлектрической способностью пары, термосилой, коэффициентом термо-Э.Д.С) и зависит в общем случае от интервала температур и материала проводников. Физический смысл удельной термо-Э.Д.С заключается в том, что она представляет собой _____________ термопары, возникающую при разности температур спаев в 1К.

Для металлических проводников удельная термо-Э.Д.С. лежит в пределах 5-60 мкВ/К.

 

 

№	Критерий оценки, %	Оценка
1	0т 91до 100	отлично
2	От 81 до 91	хорошо
3	От 71 до 81	удовлетворительно
4	От 0 до 71	неудовлетворительно
Блок содержит 40 подготовленных пропусков

Контрольные вопросы

Вопросы на «удовлетворительно»

1. Температура тела в термодинамике - это...

2. Единицей измерения термодинамической температуры в СИ является...

3. Термометрическими параметрами называются...

4. К термометрическим параметрам предъявляются следующие требования: ...

5. Термопарой называется...

6. Термоэлектродвижущая сила дифференциальной термопары (термо-Э.Д.С. термопары) – это...

7. Единицей измерения термоэлектродвижущей силы (термо-Э.Д.С.) в СИ является...

8. Причиной возникновения контактной разности потенциалов при соединении двух разнородных проводников или полупроводников является...

9. Работа выхода металла – это...

10. Единицей измерения работы выхода металла является...

11. Единицей измерения работы выхода металла в СИ является...

12. Если работа выхода одного металла в спае термопары больше, чем работа выхода другого металла, то...

13. Если концентрация свободных электронов в одном металле спая термопары больше, чем концентрация свободных электронов в другом металле, то...

14. Контактная разность потенциалов двух разнородных проводников зависит от...

15. Зависимость термоэлектродвижущей силы (термо-Э.Д.С.) дифференциальной термопары от температуры спаев выражается формулой…

16. График зависимости термоэлектродвижущей силы (термо-Э.Д.С.) дифференциальной термопары от разности температур её спаев имеет вид… 22 Удельная термо-Э.Д.С дифференциальной термопары показывает...

17. Термоэлектродвижущей силой (термо-Э.Д.С.) дифференциальной термопары называется...

18. Термоэлектродвижущюю силу (термо-Э.Д.С.) дифференциальной термопары можно измерить прибором, который называется ...

19. Градуировкой дифференциальной термопары называется...

20. Единицей измерения удельной термо-Э.Д.С дифференциальной термопары в СИ является...

21. Единицей измерения контактной разности потенциалов в СИ является...

22. Почему температуру можно определить только косвенным путем?

 

Вопросы на «хорошо»

1. Укажите известные вам методы определения температуры и их физические основы (не менее трех).

2. Что называют термопарой? Назовите виды термопар и их различия между собой.

3. Объясните механизм возникновения термо-Э.Д.С.

4. Поясните принцип измерения температуры при помощи дифференциальной термопары.

5. Почему погрешности косвенно определяемой величины - удельной термо-Э.Д.С. возможно определять методом среднего значения, применяемого для расчета погрешностей при прямых измерениях?

Вопросы на «отлично»

1. В чем заключается эффект Пельтье? Поясните возможности практического использования данного эффекта.

2. Поясните устройство и принцип работы термоэлектрического холодильника.

3. Разработайте схему термоэлектрической батареи и предложите эффективный и экономичный способ использования её в качестве генератора электрической энергии.