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

3756. Пассионарности и теория этнологии Л. Гумилева 120 KB
  Введение Начать свою работу я хочу с того, что дать определение этносу. По определению Л.Гумилева - это естественно сложившийся на основе оригинального стереотипа поведения коллектив людей, существующий как энергетическая система, противопоставляюща...
3757. Рычажный механизм электродвигателя 569.5 KB
  Введение Рычажные механизмы предназначены для преобразования вида движения, воспроизведение функциональных зависимостей, выполнения математических операций, вычерчивания кривых и др. Рычажные механизмы состоят из рычагов (стержней) и ползунов, соеди...
3758. Возраст солнечной системы и гипотеза Геи 76 KB
  Возраст солнечной системы и гипотеза Геи Большинству людей известны уникальные характеристики Земли, которые делают возможной жизнь на нашей планете. К числу таких характеристик относятся химический состав планеты и ее атмосферы, наклон земной оси...
3759. Классификация и конструкции стационарных воздушных поршневых компрессоров 629.5 KB
  Классификация и конструкции стационарных воздушных поршневых компрессоров Цель: Изучить классификацию и конструкции стационарных воздушных поршневых компрессоров. Принцип передачи энергии в объёмном компрессоре Компрессором называют машину,...
3760. Термоядерні електростанції 256 KB
  Термоядерні електростанції Реакції термоядерного синтезу (злиття легких ядер) можливі лише при температурах, коли завдяки запасу кінетичної енергії теплового руху ядра здатні здолати кулонівське електричне відштовхування і наблизитися на віддалі дії...
3761. Вплив роботи електростанцій на довкілля та принципи їх безпечної експлуатації 395 KB
  Вплив роботи електростанцій на довкілля;та принципи їх безпечної експлуатації Безпечність роботи електростанцій на органічному і ядерному паливах досягається дотриманням правил, норм, інструкцій, які є обов’язковими при проектуванні, вигот...
3762. Проблемы управления предприятием при его реформировании и реабилитации 97 KB
  Проблемы управления предприятием при его реформировании и реабилитации Вопросы для изучения: Проблемы корпоративного управления предприятиями. Основные направления совершенствования управления предприятием. Антикризисное управление. Подг...
3763. Обеспечение качества 203.5 KB
  Обеспечение качества Объективные предпосылки изменения отношения к качеству и эволюция управления качеством Вопросы качества продукции и его повышения всегда находились в центре общественного внимания. Изменение акцента в оценке товара для удовлет...
3764. Рекомбинационные генетические карты 500.5 KB
  Рекомбинационные генетические карты. Хромосомная теория наследственности и кроссинговер Первое предположение о том, что элементы наследственности находятся в хромосомах, поскольку хромосомный материал в равной степени распределяется дочерними клет...