42507

Исследование эффекта Зеебека

Лабораторная работа

Физика

В двух разнородных металлах при различных температурах спаев возникает термоЭДС которая объясняется зависимостью энергии Ферми от температуры и возникновением градиента концентрации электронов в проводнике при наличии градиента температуры. ТермоЭДС обусловленная зависимостью уровней Ферми от температуры называется контактной: 11. ТермоЭДС обусловленная возникновением градиента концентрации при наличии градиента температуры в проводнике называют диффузионной диф. Суммарная термоЭДС...

Русский

2013-10-30

85 KB

11 чел.

Лабораторная работа № 11

исследование эффекта зеебека

Цель работы: изучить явление возникновения контактной разности потенциалов и явления Зеебека с точки зрения классической и квантовой теорий; овладеть методом измерения ЭДС с помощью потенциометра ПП-63; научиться градуировать термопару.

Оборудование: потенциометр, термометр, штатив, электроплитка, сосуд с песком.

11.1. Краткие теоретические сведения

При контакте двух металлов между ними возникает контактная разность потенциалов. Она обусловлена двумя причинами: различными работами выхода электрона из металла (внешняя контактная разность потенциалов) и различными энергиями Ферми в металлах (внутренняя контактная разность потенциалов).

                                    (11.1)

В классическом приближении вторая причина выражается в различии числа свободных электронов в единице объёма у различных металлов.

Для замкнутой цепи  = 0.

В двух разнородных металлах при различных температурах спаев возникает термоЭДС, которая объясняется зависимостью энергии Ферми от температуры и возникновением градиента концентрации электронов в проводнике при наличии градиента температуры.

ТермоЭДС, обусловленная зависимостью уровней Ферми от температуры, называется контактной:

                           (11.2)

В классическом приближении:

  (11.3)

где k − постоянная Больцмана; e − заряд электрона; E0 − энергия уровня Ферми при абсолютном нуле в металлах; n01, n02 − концентрации свободных электронов в металлах.

ТермоЭДС, обусловленная возникновением градиента концентрации при наличии градиента температуры в проводнике, называют диффузионной диф. Суммарная термоЭДС, действующая в замкнутой цепи,

                          (11.4)

Так как диф мала по сравнению с конт, то можно считать

                          (11.5)

где с − дифференциальная термоЭДС. Она равна теомоЭДС, которая возникает при разности температур её спаев в 1 К.

Наиболее употребительные термопары: медь − константан, медь − железо, хромель − алюмель, константан − железо.

Термопары применяются для измерения температуры в широких пределах. Батареи термопар − термостолбики − применяются как источники тока.

11.2. Порядок выполнения работы

  1.  Укрепить термопару на штативе так, чтобы резервуар с ртутью термометра был рядом со спаем термопары.
  2.  Поставить:
    •  переключатель
      •  переключатель «Род работы» в положение «Потенц»;
        •  тумблеры «НЭ», «Г», «БП», «БИ» − в положение «В»;
        •  тумблер «Питание» − в положение «Вкл.»;
        •  множитель 0,5.
  3.  Включить тумблер «к» − «и» в положение «к» − контроль:
  •  нажав кратковременно кнопку «Грубо», регулятором «Рабочий ток» грубо установить нулевое положение стрелки гальванометра. При повторном нажатии кнопки «Грубо» убедиться в правильности установки рукоятки «Рабочий ток»;
  •  те же операции проделать при нажатии кнопки «Точно».
  1.  Тумблер «к» − «и» переключить в положение «и» − измерение. Регулятор «mV» поставить в нулевое положение. Нажав кнопку «Грубо», регуляторами «mV» и «Плавно» добиться нулевого положения стрелки гальванометра (в случае необходимости переключить полярность тумблером «+» − «−»). Нажатием кнопки «Точно» убедиться в правильности определения ЭДС. В случае необходимости подрегулировать «Плавно». Записать значение ЭДС, суммируя показания «mV» и «Плавно», с учётом множителя 0,5.
  2.  Увеличивая температуру, через каждые 5 … 70 производить измерения термоЭДС, пользуясь регуляторами «mV» и «Плавно».
  3.  Показания записать в таблицу.
  4.  Построить график зависимости термоЭДС от температуры.
  5.  Пользуясь построенным графиком, определить дифференциальную термоЭДС и, сравнив её с табличным значением, вычислить погрешность.

Контрольные вопросы и задания

  1.  В чём заключается явление термоэлектричества?
  2.  Какими причинами обусловлена контактная разность потенциалов?
  3.  Объяснить, почему для выхода электрона в вакуум их металла нужно совершить работу выхода?
  4.  Показать на модели энергетических уровней энергию Ферми, работу выхода для положительно заряженного металла, для отрицательно заряженного металла.
  5.  Изобразить модели энергетических уровней двух разнородных металлов в контакте.
  6.  Как зависит энергия Ферми от температуры?
  7.  В чём сущность закона Вольта?
  8.  Для чего применяются термопары?

[2, § 198, 199; 3, § 90, 162 − 164; 5, § 74, 76, 77; 8]

78


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23845. Эволюция жанра хождения 23.5 KB
  Эволюция жанра хождения.Хождениями в древнерусской литературе назывались произведения в которых описывались путешествияпаломничества в Палестину Византию страны Востока. Хождения совершались как официальными представителями русской церкви так и по собственной инициативе или обету паломников их называли €œкАликами перехожими€ Хождение Игумена Даниила древнейшее произведение жанра хождения.Популярность Хождения игумена Даниила в древнерусской письменности была исключительно велика о чём свидетельствует тот факт что до нас...
23846. Зарождение Силлабической поэзии и русского театра 29 KB
  Зарождение Силлабической поэзии и русского театраЗарождение Силлабической поэзии в России связано с именами Симеона Полоцкого Сильвестра Медведева Кариона Истомина. Происхождение и образование Симеона Полоцкого наглядно показывают откуда и каким образом проникал в Россию стиль барокко. Наследие Симеона Полоцкого очень велико. Курянин по происхождению служивший подьячим в Приказе тайных дел а потом по настоятельному совету Симеона постригшийся в монахи [5] Сильвестр Медведев после смерти учителя унаследовал его место место придворного...
23847. Творчество Симеона Полоцкого 24 KB
  Творчество Симеона ПолоцкогоОн воспитывал государевых детей одного из них будущего царя Федора Алексеевича он научил сочинять силлабические вирши открыл латинскую школу неподалеку от Кремля в Заиконоспасском монастыре где обучались молодые подьячие Приказа тайных дел собственной канцелярии царя Алексея Михайловича. Симеон Полоцкий также занял или точнее учредил еще одну должность должность придворного поэта дотоле в России неизвестную. Любое событие в царской семье браки именины рождения детей давало Симеону Полоцкому повод...
23849. Предмет, об’єкт і задачі економічного аналізу 57 KB
  Поняття економічного аналізу та його роль в управлінні підприємством. Предмет і об’єкти економічного аналізу. Функції та принципи економічного аналізу. Система показників економічного аналізу. Історія розвитку економічного аналізу та його зв’язок з іншими дисциплінами...
23850. Теоретическая модель цифровой сети связи 83 KB
  Суть сети – соединение разного оборудования. Следовательно, одной из основных проблем является проблема совместимости. Поэтому, в настоящее время, все возможные пути развития сетей отражены в стандартах.
23851. О славянах 61.3 KB
  Владимир был сыном Святослава и всего лишь Ольгиной ключницы.Однако после гибели его более знатных братьев Владимир начинает княжить в Киеве один. Сам Владимир охвачен похотью: помимо четырех жен у него триста наложниц в Вышгородетриста в Белгороде двести в сельце Берестове. Приходят к Владимиру волжские булгарымагометане и предлагают: Тыо князь мудр и разумен но неведомо тебе цельное вероучение.
23852. Житие протопопа Аввакума, им самим написанное 21.96 KB
  Протопоп Аввакум написал житие по благословению инока Епифаниясвоего духовного отца. В это время Аввакума и его сторонников остригли и бросили в темницу. Родился Аввакум в Нижегородской земле.
23853. Житие Сергия Радонежского 21.96 KB
  Преподобный Сергий родился в Тверской земле в годы княжения тверского князя Дмитрия при митрополите Петре. Варфоломей позвал к себе в пустыньку старца игумена Митрофанакоторый постриг его в монашество с наречением имени Сергий. После пострижения Сергий причастился и церковь при этом наполнилась благоуханием. Однажды когда Сергий в церкви пел заутреню стена расступилась и вошёл сам дьявол со множеством бесов.