Выполнение работы

Чтобы сэкономить время и уложиться в двухчасовой график работы, рекомендуется задания 1 и 2 выполнять параллельно по приведенному ниже плану.

1. Подготовить таблицу для записи результатов измерений.

2. Собрать электрическую цепь и установить сопротивление магазина равным нулю.

3. Включить установку.

4. Нажать кнопку "установка нуля" и установить на табло гальванометра нули.

5. Включить электрическую печь.

6. Через каждые 5 градусов проводить следующие операции:

а) записать температуру рабочего спая термопары;

б) записать силу тока в цепи термопары;

в) установить на магазине такое сопротивление , чтобы сила тока в цепи термопары уменьшилась в 1,5 - 3 раза и записать в таблицу это сопротивление;

г) измерить силу тока в цепи термопары с дополнительным сопротивлением и записать его в таблицу;

д) вернуть магазину резисторов значение сопротивления равное нулю.

7. Работу выполнять в диапазоне температур от комнатной до 90-100°С. При достижении верхней температуры печь выключить и продолжать работу с остывающей печью. При этом рекомендуется проводить измерения при тех же температурах, что и в процессе нагревания термопары.

8. По результатам измерений построить график зависимости и по нему определить комнатную температуру.

9. В каждой точке измерений, т.е. при каждой фиксированной температуре, вычислить удельную термо-э.д.с. .

10. Установить характер зависимости от.

11. Вычислить среднее значение по формуле:

, (14)

где - число опытов по определению.

12. Вычислить среднеквадратическую погрешность по формуле:

(15)

13. Вычислить относительную погрешность :

% (16)

Контрольные вопросы

1. Внешняя и внутренняя контактная разность потенциалов: физический смысл явлений.

2. Объяснение физической природы эффекта Зеебека.

3. Объяснение физической природы эффекта Пельтье.

4. Физический смысл удельной термоэлектродвижущей силы и ее зависимость от температуры.

5. Рабочая формула для определения удельной термоэлектродвижущей силы.

6. Термопара. Процесс градуировки термопары. Применение термопар.

7. Электрические режимы работы термопары. Влияние внешнего сопротивления на работу термопары.

8. Схема и принцип работы лабораторной установки.

Задачи к лабораторной работе

1.1 Значения работы выхода для двух металлов равны соответственно 2,8 эВ и 3,2 эВ. Какая контактная разность потенциалов установится между этими металлами, если их привести в соприкосновение? Какой из этих металлов будет иметь больший потенциал?

1.2 Хром-алюминиевая термопара имеет удельную термо-э.д.с. 40 мк В/К. Найдите температуру горячего спая при условии, что температура холодного спая 20°С, сопротивление термопары 20 Ом, внутреннее сопротивление гальванометра 100 Ом, сила тока, измеренная гальванометром, 100 мкА.

1.3 Постоянная термопары 7,5 мкВ/К, температура холодного спая –80°С(сухой лед), горячего 320°С (расплавленный свинец). Какой заряд протечет по термопаре, если горячему спаю будет передано количество тепла, равное одному Джоулю? Коэффициент полезного действия 20%.

2.1 Определите внутреннюю контактную разность потенциалов между алюминием и медью, медью и окисью цинка.

2.2 При подключении термопары к последовательно соединенным гальванометру и внешнему сопротивлению 100 Ом ток в цепи становится равным 150 мкА. Если внешнее сопротивление равно нулю, то ток равен 200 мкА. Определите удельную термо-э.д.с. термопары.

2.3 Постоянная термопары равна 50мкВ/К, температура горячего спая 400°С, холодного – 0°С. Через термопару прошел заряд 500 Кл. Определите коэффициент полезного действия термопары, если горячему спаю передано 1 Дж теплоты.

3.1 Зазор между пластинами плоского конденсатора 1мм. Одна из пластин изготовлена из платины (работа выхода 5,29 эВ), другая - из алюминия (работа выхода 3,74 эВ) . Пластины закорочены медным проводом. Какова напряженность поля между пластинами? Как направлен вектор напряженности?

3.2 Термопара константан-медь имеет постоянную, равную 4·10мВ/К, сопротивление термопары 50 Ом, сопротивление гальванометра 100 Ом. Один спай термопары поместили в тающий лед, второй - в кипящую воду. Определите силу тока в цепи и электродвижущую силу.

3.3 Чему равно отношение числа свободных электронов в единице объема у висмута и сурьмы, если при нагревании одного из спаев на 100°С возникает э.д.с., равная 0,01 В? Какой металл имеет больше свободных электронов в единице объема, если ток через нагретый спай идет от висмута к сурьме?

4.1 Имеется два металла с концентрацией свободных носителей (электронов) 10ми 10м. Определите внутреннюю контактную разность потенциалов, возникающую при приведении этих металлов в соприкосновение при температуре 27° С.

4.2 Зазор между пластинами плоского конденсатора 1 мм. Одна из пластин конденсатора изготовлена из платины (работа выхода 5,29 эВ). Пластины закорочены медным проводом. Напряженность поля между пластинами 450 В/м. Определите работу выхода второй пластины.

4.3 Термопара константан-медь имеет удельную термо-э.д.с. 4,3·10мВ/К. Определите сопротивление термопары, если сила тока в цепи 56 мкА, один спай термопары поместили в тающий лед, второй - в кипящую воду, а сопротивление гальванометра 100 Ом.

5.1 Глубина потенциальной ямы металла составляет 11 эВ, а работа выхода - 4 эВ. Найдите: а) полную энергию электронов на уровне Ферми; б) на сколько увеличится кинетическая энергия электрона при его проникновении в металл?

5.2 Хром-алюминиевая термопара имеет удельную термо-э.д.с. 40 мкВ/К. При разности температур холодного и горячего спая равной 100 К ток в цепи равен 100 мкА. Чему будет равен ток в цепи, если разность температур увеличить вдвое, уменьшить вдвое?

5.3 Какой заряд протечет по термопаре, если горячему спаю будет передано 2 Дж энергии. Постоянная термопары 50 мкВ/К. Разность температур горячего и холодного спая 200 К, а коэффициент полезного действия 15%.

6.1 Чему равно отношение числа свободных электронов в единице объема у висмута и сурьмы, если при нагревании на 200°С одного из спаев возникает э.д.с. равная 0,02 В? Определите постоянную этой термопары.

6.2 При подключении термопары к последовательно соединенным гальванометру и внешнему сопротивлению ток в цепи равен 100 мкА. Если внешнее сопротивление равно 0, ток в цепи 200 мкА. Определите термо-э.д.с., если температура холодного спая –80°С, а горячего +320°С.

6.3 Две пластины плоского конденсатора соединены проводом. Одна из пластин конденсатора изготовлена из материала с работой выхода 2,24 эВ, вторая пластина характеризуется работой выхода 4,84 эВ. Напряженность поля между пластинами 1300 В/м. Определите расстояние между пластинами.