Efectul Seebeck. Studiul termocuplei

Efectul Seebeck. Studiul termocuplei

Lucrarea nr.1.

Constantinescu Nicolae Cristian

Grupa 1.1.2 Electronica

I.      Scopul lucrarii

Lucrarea de fata îsi propune studiul efectului Seebeck, precum si a dispozitivului ce se bazeaza pe acest fenomen, termocupla.

Elemente de teorie

Efectul Seebeck este un efect termoelectric. 555w2212f Efectele termoelectrice au loc atunci când asupra purtatorilor de sarcina electrica din solide actioneaza câmp electric si (sau) gradient de temperatura. Electronii si golurile sunt purtatorii de sarcina electrica si energie, lucru ce face ca efectele electrice sa fie însotite de efecte termice si invers.

Daca doua materiale diferite se afla în contact, formând un circuit, iar cele doua contacte sunt la temperaturi diferite va apare o tensiune electrica numita tensiune termoelectrica, iar în circuit apare un curent electric. Fenomenul de aparitie al unei tensiuni termoelectrice se numeste efect Seebeck. El apare în metale si semiconductori.

Daca presupunem ca avem doua metale A si B, iar cele doua jonctiuni sunt mentinute la temperaturile T₁ si T₂ atunci datorita existentei gradientului de temperatura (T₁-T₂) între cele doua jonctiuni se constata aparitia unui câmp electric care este proportional cu gradientul de temperatura. Pentru o singura directie, de exemplu axa Ox, se poate scrie:

Coeficientul de proportionalitate S se numeste coeficient Seebeck. Acest coeficient depinde de temperatura, ceea ce înseamna ca dependenta ε_x de gradientul de temperatura nu este liniara.

 

T2

 

A

 

Tensiunea termoelectromotoare este prin definitie integrala câmpului ε_r în lungul conturului, format din cele doua metale, adica:

,

unde ε_xA si ε_xB sunt câmpurile electrice în metalele A si B.

De aici, aplicând prima relatie rezulta:

Se poate afirma în concluzie ca diferenta de potential depinde de diferenta de temperatura a jonctiunilor si de diferenta coeficientilor Seebeck din cele doua metale. Calculele cantitative pe baza ecuatiei lui Boltzman dau pentru S valoarea:

,

unde Δ depinde de viteza medie si drumul liber mediu între ciocniri.

Metalele, spre deosebire de semiconductori, au valori mai mici ale tensiunii termoelectrice.

Efectul Seebeck are o larga aplicabilitate la masurarea temperaturilor. Pentru aceasta e construiesc termocuple formate din doua fire sau bare, din metale diferite care au o dependenta cunoscuta a tensiunii electromotoare în functie de diferenta de temperatura. La punctele de contact conductoarele sunt lipite sau sudate. O sudura este plasata într-un vas cu gheata care are T₀=0^o C iar cealalta, în regiunea unde se masoara temperatura T. Tensiunea termoelectromotoare se masoara cu un voltmetru (milivoltmetru).

Daca un curent electric strabate jonctiunea dintre doua materiale diferite, pe lânga caldura Joule-Lentz obisnuita, la jonctiune este emisa sau absorbita caldura în functie de sensul curentului. Acest fenomen este invers efectului Seebeck si este cunoscut sub numele de efectul Peltier.

II. Montajul experimental

Pentru verificarea celor de mai sus propunem urmatorul montaj experimental:

III. Mod de lucru

Se realizeaza montajul din figura.

Se introduce termocupla în cuptor si se porneste cuptorul si se creste temperatura pâna când termometrul indica valoarea de 100^o C care se transcrie în fisa individuala de lucru. Se citeste valoarea tensiunii termoelectromotoare de pe voltmetru (milivoltmetru)si se trece în fisa individuala de lucru.

Se repeta experienta de înca patru ori, de fiecare data temperatura se creste cu câte 100^o C, notând în fisa individuala de lucru valorile pentru temperatura si tensiunea termoelectromotoare.

IV. Culegerea si prelucrarea datelor

Valorile înregistrate la punctul precedent se trec într-un tabel ce va alcatui fisa individuala de lucru. Tabelul are urmatoarele caracteristici:

V. Concluzii

Fisa de lucru a studentului Constantinescu Nicolae Cristian

Grupa 11.2