3.1 Сурет. Термоэлектрлі түрлендіргіштің схемасы

Мұндай тізбекті ажырату кезінде олардың ұштарында термоэлектрлі (термоЭҚК) деп аталатын күш өлшенуі мүмкін. Қарастырылып жатқан әсер бөліну қасиетіне ие, ол, егер осындай тізбектен тыс электрлі ток берсек, онда токтың бағытына байланысты дәнекердің біреуі қыздырылады да, ал басқасы суытылатыны (Пелетье әсері)жөнінде айтып кеткен жөн. Қазіргі заман физикасында термотоктың немесе термоЭҚК-нің пайда болуы әртүрлі металдарда электрондардың әртүрлі шығу жұмыстары бар, сондықтан да әртүрлі металдар жанасқан кезде потенциалдардың байланыс айырымы пайда болады. Сонымен қатар, өткізгіш ұштарының температураларын ажыратқан кезде, олардың ұштарындағы потенциалдардың айырымын тудыратын электрондардың диффузиялары пайда болады. Осылай, көрсетілген екі факторлар – потенциалдардың байланыс айырымы мен электрондардың диффузиясы – тізбектегі термоЭҚК-тің нәти-жесін шығаратын болып қосылады, олардың мәндері термоэлектродтардың табиғаты мен ТЭТ дәнекерлер температураларының айырымының нәтижесіне тәуелді. Тізбектің байланысты термоЭҚК мен нәтижелі термоЭҚК арасындағы қатынасты математикалық түрге түрлендіру үшін бірнеше шарттарды орындау қажет. Температурасы аз дәнекердегі ток басқа термоэлектродқа өтетін бір термоэлектродты оң деп, ал екіншісін – теріс деп алған жөн. Мысалы, егер t₀<t (сур. 9.1) болса және осы дәнекердегі оң А термоэлектродынан В теріс термоэлектродқа бағытталса, онда А термоэлектродын – термооң, ал В – термотеріс деп атаймыз. Дәнекердегі А мен В термоэлектрод арасындағы байланыс термоЭҚК-ті t температурада е_АВ(t) деп белгілейміз. Көрсетілген жазба, егер А термоэлектрод оң және кезекті жазбада бірінші болып келсе, онда термоЭҚК е_АВ(t) теріс таңбамен алынған деп есептейміз. Вольттің заңына сәйкес екі әртекті өткізгіштердің тұйықталған тізбегінде дәнекер температурасының тепе-теңдігінде осы тізбектің термотогы нольге тең болады.

Егер 1 мен 2 дәнекерлердің температуралары бірдей болса, мысалы t₀ болса, онда әр дәнекердің термоЭҚК бір-бірімен тең және бір-біріне қарсы әрекет етеді және сондықтан да осындай контурдың термоЭҚК Е_АВ(t₀t₀) нольге тең деп тұжырымдаймыз, яғни

Е_АВ(t₀ t₀) = e_АВ(t₀) – e_АВ(t₀) = 0, (3.1)

немесе е_АВ(t₀) = -e_ВА(t₀) екенін ескерсек,

Е_АВ(t₀ t₀) = e_АВ(t₀) +е_ВА(t₀) = 0. (3.2)

(3.2) теңдеуді немқұрайды түрде қарастырсақ, келесі ережені қабылдауға болады: контурдың нәтижелі термоЭҚК байланыс термоЭҚК-тің арифметикалық қосындысына тең, олардың символды термоэлектродтардың кезекпен жазылуы контурдың айналу бағытына сәйкес (мысалы, сағат тіліне қарама-қарсы).

Сурет 3.1-де көрсетілген тұйықталған тізбек үшін нәтижелі термоЭҚК

Е_АВ(t t₀) = e_АВ(t) + e_ВА(t₀), (3.3)

немесе

Е_АВ(t t₀) = e_АВ(t) – e_АВ(t₀). (3.4)

(3.4) теңдеуін ТЭТ-тің негізгі теңдеуі деп атайды. Одан контурда пайда болған термо ЭҚК Е_АВ(t t₀) t мен t₀ температура функцияларының айырымына тәуелді екені шығады. Егер t₀ = const болса, онда e_АВ(t₀) = c = const болады және

Е_АВ(t t₀)_t0=const = e_АВ(t) –c = f(t). (3.5)

Белгілі (13.5) тәуелділігінен ТЭТ контурындағы термо-ЭҚК-ті өлшеу арқылы, егер t₀ = const болса, өлшеу объектісіндегі t температурасы табылуы мүмкін. Температураны өлшеу объектісіне жүктелген дәнекерді жұмысшы дәнекер немесе жұмыс ұшы, ал объектіден тыс дәнекерді бос дәнекер (ұшы) деп атайды.

(3.4) тәуелдігін нақты түрде қолданылатын термоэлектрод-ты материалдар үшін аналитикалық түрде жеткілікті дәлдікте алынбайтынын айта кеткен жөн. Сондықтан температураны өлшеу кезінде қолданылатын әртүрлі ТЭТ үшін бұл тәуелділік градустеу мен тізбекті табуляциялау жолымен немесе термоЭҚК-тің температурадан тәуелділік графигін құру жолымен орнатылады. Градустеу процесінде ТЭТ-нің бос ұштарын тұрақты етіп және оның мәндерін стандартты түрде t₀=0⁰C ұстау қажет.

ТЭТ контурындағы генерацияланатын термоЭҚК тек термоэлектродтардың химиялық құрамы мен дәнекер температураларына тәуелді және термоэлектродтардың геометриялық өлшемдері мен дәнекер өлшемдеріне тәуелді емес екенін айта кеткен жөн.

Өлшеу аспаптарын термоэлектрлі түрлендіргіш тіз-бегіне қосу. ТЭТ термоЭҚК-ін өлшеу үшін оның тізбегіне (сурет 3.2) көрсетілген екі схеманың біреуіндегі өлшеу аспаптарын қосады. Өлшеу аспабын еркін ұшындағы дәнекердің ажырауына қосу (сурет 3.2, а) кезінде ТЭТ-те бір жұмысшы дәнекер 1 мен екі 2 және 3 еркін дәнекерлер болады.

Сурет 3.2,б схемасы бойынша қосу кезінде (термоэлектродардың біреуінің ажырауына) ТЭТ-те төрт дәнекер болады: жұмысшы 1, еркін 2 және t₁ температурасы тұрақты болған кездегі екі нейтралды 3 пен 4 дәнекерлер. Схемалардың сыртқы көріністерінің айырмашылығына қарамастан, егер үшінші С өткізгіштің ұштарындағы температуралары бірдей болса, екі жағдайда пайда болған термоЭҚК бірдей болатынын көрсетейік.

Сурет 3.2, а схемасы үшін

Е_АВС (t t₀ t₀) = e_АВ (t) + e_ВС (t₀) + e_СА (t₀) = 0. (3.6)

Егер барлық дәнекердің температуралары бірдей болса, онда

Е_АВС (t₀ t₀ t₀) = e_АВ (t₀) + e_ВС (t₀) + e_СА (t₀) = 0.

Сонда

_А (t₀) = e_ВС (t₀) + e_СА (t₀). (3.7)

(3.7)-ні (3.6)-ға қойсақ, мынаны аламыз

Е_АВС (t t₀ t₀) = e_АВ (t) + e_ВС (t₀) = e_АВ(t) - e_АВ(t₀) = Е (t t₀), (3.8)

яғни (3.8) теңдеуі ТЭТ-нің негізгі теңдеуі (3.4)-пен толығымен сәйкес келеді.