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

10 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

10379. Разработка идей естественного права в трудах мыслителей эпохи просвещения 36.5 KB
  Разработка идей естественного права в трудах мыслителей эпохи просвещения. Уже в XIX в. нормативно ценностный подход дал повод для критического к нему отношения. С одной стороны политической мыслью был сформулирован ряд идей которые выражали постепенное движение обще
10380. Развитие идей гражданского общества и государства 31 KB
  Развитие идей гражданского общества и государства. Рассмотрим пять основных типов политических систем в обобщенном виде: 1. Рабовладельческая феодальная капиталистическая социалистическая система с капиталистической или социалистической ориентацией основой тип...
10381. Ресурсы и легитимность политической власти 31.5 KB
  Ресурсы и легитимность политической власти. Успех функционирования политической власти зависит от многих факторов. Среди них весьма важная роль отводится ее законности признанию обществом ее права на руководящую роль. В политологии данная характеристика обозначае...
10382. Политическая система общества структура и функции 29.5 KB
  Политическая система общества структура и функции. Теория политической системы возникла в середине 50х годов когда для этого были созданы определенные научные предпосылки а политика стала играть слишком большую роль в жизни стран и народов что потребовало использо...
10383. Основные идейно-политические теории в современном мире 51 KB
  Основные идейно-политические теории в современном мире. Политическая теория от греч. theoria наблюдение исследование система знаний идей о политике отражающая и характеризующая процессы и явления политической жизни общества международных отношений и определенны...
10384. Развитие политической мысли в России 28 KB
  Развитие политической мысли в России. Формирование государственности у славян осуществлялось на протяжении длительного времени. Одним из ранних источников в котором уделяется значительное место решению политикоправовых проблем является Слово о законе и благодати
10385. Лоббизм в политике 24.5 KB
  Лоббизм в политике. Лоббизм это различные формы и методы воздействия бизнеса других общественных групп на представителей законодательной и исполнительной властей в целях добиться от них принятия выгодных для себя решений. Конечно же лоббизм практикуется и в рам...
10386. Современный политический экстремизм и его проявления 25 KB
  Современный политический экстремизм и его проявления. Развитие всех современных идейнополитических направлений осложняется наличием в обществе весьма активного экстремизма. Экстремистскими называют разные идейнополитические течения: неофашистские и троцкистс...
10387. Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва 243.5 KB
  Тема: Періодична система хімічних елементів д. і. менделєєва Навчальна мета: розгляути характер руху електрона; ввести поняття орбіталь енергетичний рівень і енергетичний підрівень; розглянути та проаналізувати правила заповнення електронних шарів атомів хімі