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

12 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

66187. Лабораторная диагностика энтеровирусных инфекций 88.5 KB
  Цель: Изучение лабораторной диагностики полиомиелита и инфекций вызванных вирусами Коксаки и ЕСНО. Представителями рода являются вирусы полиомиелита Коксаки ECHO энтеровирусы типов 6871. Широко распространено носительство вирусов полиомиелита Коксаки ECHO.
66188. Монтаж люмінесцентних світильників 67.5 KB
  Люмінесцентні лампи відносяться до групи газорозрядних джерел світла. Всередину вводиться дозовану кількість ртуті яка при роботі лампи переходить в пароподібний стан. На кінцях лампи є цоколі з контактними штирями 1 для підключення лампи в ланцюг.
66189. Планування робіт з технічного обслуговування і поточного ремонту електрообладнання 82 KB
  Планування ТО і ПР енергетичного обладнання здійснюється по нормативним значенням періодичності і трудомісткості цих заходів з планування умов експлуатації, що складаються в сільськогосподарському підприємстві.
66190. Лабораторная диагностика бешенства 86 KB
  Бешенство (синонимы: rabies, lyssa, hydrophobia - водобоязнь) – особо опасная инфекционная болезнь человека и теплокровных животных, передающаяся при контакте с инфицированным животным (укус, ослюнение микроповреждений)...
66191. Монтаж магнітного пускача 88.5 KB
  Пускач електромагнітний (магнітний пускач) - це низьковольтний електромагнітний (електромеханічний) комбінований пристрій розподілу та управління, призначений для пуску і розгону електродвигуна до номінальної швидкості, забезпечення його безперервної роботи, відключення живлення...
66192. Проектування та вибір бази електротехнічної служби господарства. Розрахунок забезпечення її запасних частин та матеріалами. Створення резервного фонду 182 KB
  Матеріально-технічне забезпечення базується на науково-обгрунтованих потребах матеріалів і запасних частин. Потрібна кількість апаратів, пристроїв та запасних частин визначається за нормами, що встановлені системою ПЗРЕсг.
66193. Морфология простейших 191.5 KB
  Округлые клетки с рубиновым ядром голубой цитоплазмой красными 5 жгутиками и аксостилем и ундулирующей мембраной. Удлиненные клетки с 1 жгутиком 1 ядром и ундулирующей мембраной. Клетки грушевидной формы с 2 ядрами и 4 парами жгутиков.
66194. Лабораторная диагностика герпесвирусных инфекций 186 KB
  Вирус простого герпеса – одна из самых распространенных вирусных инфекций человека, характеризующаяся лихорадочным состоянием и пузырьковыми высыпаниями, которые чаще всего локализуются на коже и слизистых оболочках.
66195. Монтаж електричного лічильника 79 KB
  Дана схема підключення електролічильника однофазного і трифазного називається прямою. На лічильниках є напис про його характеристики серед яких зазначений номінальний і максимальний струм наприклад зазвичай пишеться так: 5 15 А.