ЭФФЕКТ ЗЕЕБЕКА

4.7
(189)

Ашихмин Андрей Алексеевич

Научный руководитель: Гаврилова Людмила Юрьевна

Ливенский филиал ОГУ им. И.С. Тургенева, г. Ливны

e-mail: lytasik@mail.ru

Аннотация

В данной работе рассматривается эффект Зеебека и процесс создания опытного образца, демонстрирующего принцип действия данного эффекта.

Путешествуя на страницах интернета, я познакомился с эффектом Зеебека, который заключается в возникновении электрического напряжения в цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных металлов, контакты между которыми находятся при разных температурах. Благодаря этому эффекту человечество обрело ключи к большому классу явлений под общим названием «термоэлектричество». [1]

Интерес исследования к данной теме был вызван желанием разобраться в физике данного эффекта, узнать какие бывают термопары, где их применяют, попробовать самому изготовить термоэлемент (термопару), собрать экспериментальную установку и на примере показать действие эффекта Зеебека.[2]

Цель проекта — изготовление термопары, показать, как на практике работает эффект Зеебека и определение возможностей применения термопары.

Объект проекта — процесс преобразования тепловой энергии в электрическую.

Предмет – термопара, как термоэлемент в измерительных и преобразовательных устройствах.

Задачи проекта. 1. Проанализировать научную литературу по проблеме исследования, рассмотрев принцип действия и возможности применения термопар. 2. Изготовить термопару, сделать опытный образец, показывающий принцип действия эффекта Зеебека.

Гипотеза. Я смогу изготовить хромель – алюмелевую термопару и подтвердить на практике эффект Зеебека.

Актуальность связана с тем, что устройства, работающие на эффекте Зеебека могут применяться в самых различных сферах: — энергообеспечение космической техники; — питание газо- и нефте- оборудования; — бытовые генераторы; — системы морской навигации; — отопительные системы; — эксплуатация отводимого автомобильного тепла; — преобразователи солнечной энергии; — преобразователи тепла, вырабатываемого природными источниками (например, геотермальными водами. [2]

Практическая значимость. Создана хромель – алюмелевая термопара для практического использования в школьном кабинете физики. Разработана опытная установка, показывающая, процесс преобразования тепловой энергии в электрическую.

Принцип действия термопар.

Термопа́ра (термоэлектрический преобразователь температуры) -термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизации. [3]

Международный стандарт на термопары МЭК 60584 дает следующее определение: «Термопара — пара проводников из различных материалов, соединенных на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры»

Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование термоэлектродвижущей силы (термоЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов и сплавов. [4]

Если две проволоки из разных сплавов с одного конца сварить (это место будет называться рабочим или горячим спаем) и нагреть до температуры Т1, то на оставшихся свободных концах проволок (холодный спай) с более низкой, комнатной температурой Т2 появиться термоЭДС. Чем выше разница температур между рабочим и холодным спаем ΔТ, тем больше термоЭДС. Величина термоЭДС не зависит от диаметра и длины проволок, а зависит от материала проволок и температуры спаев.

Термопары могут изготовляться из различных металлов, но наиболее распространёнными являются: медь-константан, хромель-алюмель, платина-родий, медь-железо, константан-железо, медь-копель, железо-копель и другие.

Создание опытного образца термопары. Получив теоретическое представление о термопарах и принципах их работы, мы перешли к следующему этапу — экспериментальной работе – изготовлению собственного образца термопары.

Оборудование: проволоки (хромель, алюмель) толщиной 1 мм, керамические бусы, изолирующая перемычка (клеммы), цифровой милливольтметр, свечка. Работу по созданию и испытанию термопары выполнялась поэтапно:

1. Подбор проволоки. Для нашего образца я выбрал две проволоки из хромеля и алюмели диаметром поперечного сечения 1 мм. 

2. Формирование рабочего конца термопары. Рабочие концы термопары соединил при помощи сварки.

3. Изолирование проводников. На скрученные с одного конца проволоки, надел керамические бусы с целью изолировать проволоки друг от друга по всей длине. Для удобства использования свободные концы проволок соединил с клеммами, расположенными в головке термопары (изолирующая перемычка).

4. Калибрование термопары. Выходным сигналом термопары является термоЭДС, измеряемая в милливольтах (мВ). Е= f (Т1 –Т2), [мВ]

Для определения выходного сигнала использую цифровой милливольтметр. Температуру холодных концов проволоки считаем равной температуре окружающей среды.
Собираем цепь, при помощи свечи нагреваем рабочий конец термопары и смотрим за показанием милливольтметра. Значение термоЭДС отмечаем по прибору. Наш милливольтметр сразу переводит милливольты в градусы С.

Рисунок 1 — Термопара

Рисунок 2 — Термопара. Вид сверху

Изготовленную термопару (рисунок 1, 2) можно использовать для демонстрации теплового источника тока: внутренняя энергия преобразуется в электрическую.

Выводы: гипотезу, обозначенную ранее, я подтвердил. Я смог создать действующую модель термопары, собрать опытную установку, показывающую процесс преобразования тепловой энергии в электрическую. Практическая значимость состоит в том, что данную модель можно использовать при изучении темы «Термоэлектричество» в курсе «Физика».

Список использованных источников

1. Бек Б. Искажающее влияние термопары на температурное поле в материалах с низкой теплопроводностью / Б. Бек. – Текст : непосредственный //   Теплопередача. – 1962. – № 2. – 42 с.

2. Измерение температуры. Термопары. – URL: http://knowkip.ucoz.ru (дата обращения: 31.09.2019). – Текст : электронный.

3. Термопара. – URL: http://ru.wikipedia.org/wiki (дата обращения 25.09.2019). – Текст: электронный.

4. Термопары и их применение. – URL: http://www.radioradar.net/hand (дата обращения 29.09.2019). – Текст: электронный.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 4.7 / 5. Количество оценок: 189

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

У этой записи 2 комментариев

  1. Муслим

    Отличная работа !!!

  2. Хорошая работа,написана доступным языком.Рекомендую автора.

Добавить комментарий