Термоэлектрические явления

1. Региональный этап Российской научно-социальной программы для молодёжи и школьников «Шаг в будущее» в КЦ по Белгородской области

СЕКЦИЯ Физика
Тема: «Термоэлектрические
явления»
Выполнил Корнилов Назар
ГБОУ «Белгородский инженерный юношеский лицей-интернат»
город Белгород
9 класс
Научный руководитель:
учитель физики ГБОУ «БИЮЛИ»
Корнилова Евгения Анатольевна

2.

Цель работы: изготовление, калибрование термопары и определение возможностей её
применения.
Объект: процесс преобразования тепловой энергии в электрическую.
Предмет: термопара как термоэлемент в измерительных и преобразовательных устройствах.
Задачи:
1. Проанализировать научную литературу по проблеме исследования, рассмотреть принцип
действия и возможности применения термопар.
2. Изготовить и калибровать термопару.
3. Измерить температуру различных тел.
Методы исследования:
- анализ научной литературы;
- моделирование опытного образца термопары;
- физический эксперимент;
- анализ экспериментальных данных.

3.

Введение
Термоэлектрические явления - это явления, обусловленные электрическими или
тепловыми потоками, возникающими в среде при наличии электрических и тепловых полей.
К термоэлектрическим явлениям относятся эффекты Зеебека, Пельтье и Томсона.
Эффект Зеебека - возникновение ЭДС (термоЭДС) в электрической цепи, состоящей из
последовательно соединенных разнородных проводников М1 и М2, если места контактов (А, B)
поддерживаются при разных температурах.

4.

Принцип действия термопары
Термопарой называют устройство для измерения температуры, основой работы которого
является термоэлектрический эффект или эффект Зеебека.
Величина термоэлектродвижущей силы зависит от материала проводников и разницы
температур контактов, направление тока в контуре - от того, температура какого спая выше.

5.

Применение термопар.
- бытовые и промышленные приборы,
- производственные технологии для измерения температуры различных устройств, объектов и
сред: воздуха, твердых тел, расплавленного металла, жидкостей и газов,
- автоматизированные системы управления,
- термоконтроль в газовом оборудовании (котлы, плиты, колонки).

6.

Типы термопар
Хромель+алюмель
Состав сплава хромель: 90% никеля, 10% хрома
Состав сплава алюмель: 95% никеля, 2% алюминия,
2% никеля, 1% кремния.
Диапазон температур от -200оС до +1300оС
Железо+константан
Состав сплава константан: 55% меди, 45% никеля.
Диапазон температур -200оС до +1100оС
Хромель+копель
Состав сплава копель: 56% меди, 43% никеля, 1%
марганца.
Диапазон температур от -250оС до +1100оС

7.

Достоинства термопар:
Способность работать в агрессивных средах и экстремальных температурах от -250оС до
+2500оС.
Невысокая цена.
Точность измерений. Погрешность составляет до 1-2оС в стандартных приборах.
Простая технология изготовления и обслуживания.
Недостатки термопар:
Защита проводов от помех.
Ухудшение показателей при длительном использовании в условиях перепадов температур.
Градуировка каждого прибора на заводе-изготовителе.
Появление нелинейной зависимости термо-ЭДС от нагревания.

8.

Материалы для изготовления термопары
Мультиметр с термопарой

9.

Показания мультиметра при равенстве
температур концов термопары
Δt=250C-250C=00C
Показания мультиметра при разности
температур воздуха и тела человека
Δt=360C–250C=110C

10.

Показания мультиметра при различных разностях
температур концов термопары
Δt=530C–250C=280C
Δt=530C–160C=370C
Показания мультиметра при
разности температуры 984 0C

11.

Выводы:
-Чем больше разность температур концов термопары, тем больше термоЭДС. (ε~ΔT).
-Зная температуру одного конца термопары и термоЭДС можно измерить температуру
другого конца термопары.
В таблице приведены результаты опыта с термопарой.
Δt, 0С
0
11
28
37
75
175
300
400
Термопара
экспериментальная
Термопара мультиметра
цифрового DT-838
термоЭДС, мВ
0
0,3
1,0
1,3
3,2
8,7
-
термоЭДС, мВ
0
0,4
1,1
1,4
3,1
8,6
-
Значения из градуировочной
таблицы для
термопары: медь –
константан.
термоЭДС, мВ
0
0,43
1,11
1,48
3,13
9,2
14,86
20,872

12.

Градуировочный график
зависимости термоЭДСот разности температур концов термопары.
График зависимости термоЭДС от разности темеператур горячего и холодного спая
термопары
16
15
14
13
12
11
ТермоЭДС, мВ
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-10
10
30
50
70
90
110
130
150
170
190
210
230
250
Разность температур горячего и холодного спая термопары (tг-tх), 0С
термопара экспериментальная
термопара мультиметра цифрового DT-838
270
290
310
330
350

13.

14.

ТермоЭДС, мВ
График зависимости термоЭДС от разности темеператур горячего и холодного
спая термопары
52
50
48
46
44
42
40
38
36
34
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
950
Разность температур горячего и холодного спая термопары (tг-tх), 0С
термопара экспериментальная
термопара мультиметра цифрового DT-838
теоретическая зависимость E=0,0478*(tг-tх)
Линейная (теоретическая зависимость E=0,0478*(tг-tх))
1000
1050

15.

Измерение температур тел с использованием термопары.
Измеряемое тело
Температура
холодного
спая
термопары,
0С
Батарея отопления
25
Светодиодная лента
25
Подошва утюга в
25
режиме
максимальной
мощности
Пламя газовой печи
25
Пламя спички
25
Пламя свечи
25
Величина
термоЭДС,
мВ
Разность
температур
из графика,
0С
Температура Справочная
измеряемого информация
тела, 0С
0,7
0,8
7,2
15
17
148
40
42
173
80-85
40-45
175-205
23,4
30,1
37,2
483
630
772
508
655
797
400-600
600-750
600-1400
Вывод: термопарный метод измерения температуры достаточно точно позволяет
измерять температуры тел.
Основная проблема измерения данным методом заключается в создании хорошего
контакта между термопарой и измеряемым телом.

16.

17.

Спасибо за внимание!