Результати вимірювань

Тi , 0С	Тi , 0С	Еi, мВ
200
190
…
100

10. Враховуючи, що термо-е.р.с., яка фіксується мілівольтметром, обумовлена різницею температур між “холодним” та “гарячим” спаєм термопари, здійснити перерахунок показань термометра Т_i у різницю температур Т_i = Т_i – Т_к, де Т_к – кімнатна температура. Результати занести в таблицю 1.1.

11. Побудувати градуювальну криву термопари, тобто залежність Е_i = =Е_i(Т_i).

12. За нахилом лінійної ділянки градуювальної кривої визначити коефіцієнт Зеєбека як  = Е/Т.

Контрольні питання

1. В чому полягає сутність ефекту Зеєбека?

2. Які причини зумовлюють появу термо-е.р.с.?

3. Поясніть фізичний зміст коефіцієнта Зеєбека. Як його виміряти?

4. Що таке градуювальна крива? Опишіть методику її вимірювання.

5. Які матеріали використовуються у якості електродів термоелектричних перетворювачів?

6. Які практичні застосування термоелектричних перетворювачів вам відомі?

Лабораторна робота №2.

Визначення оптимального опору навантаження термоелектричного перетворювача

Мета роботи: Оволодіти методикою визначення оптимального значення опору навантаження термоелектричного перетворювача

Прилади і матеріали: піч резистивного нагріву; термопара типа ХА; рідинний термометр; штатив лабораторний; мілівольтметр типу Ф136; міліамперметр типу М193; магазин опорів типу МСР-58

Короткі теоретичні відомості

Термоелектричні генератори є перспективними для утилізації теплоти високотемпературних технологічних процесів, наприклад, у ливарному виробництві.

Зазвичай термоелектричний генератор складається з ряду послідовно з’єднаних термоелектричних перетворювачів з металевими або напівпровідниковими електродами. Принципову схему термоелектричного генератора, що складається з одного термоелектричного перетворювача, наведено на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Принципова схема термоелектричного перетворювача:

1, 2 – термоелектроди; 3 – ключ

Термоелектроди 1 і 2 (див. рис. 2.1), що виконані з різних матеріалів, електрично з’єднані між собою у спаях А і В. Термоелектрод 2 розірвано, і до цього розриву під’єднано ключ 3 та опір навантаження R_Н. Якщо спаї А і В підтримуються при постійних температурах Т₁ і Т₂, відповідно, причому Т₁Т₂, то при розімкнутому ключі 3 між точками розриву електрода 2 буде існувати різниця потенціалів Е, яку називають термо-е.р.с. Якщо ж ключ 3 замкнути, то у колі буде протікати електричний струм І. В результаті прояву ефекту Пелтьє, який полягає у тому, що при протіканні електричного струму І через спай двох різних провідників відбувається виділення або поглинання теплоти, на спаї провідників А буде спостерігатися поглинання теплоти Q₁, а на спаї В – виділення теплоти Q₂. Причому:

,	(2.1)
,	(2.2)

де  - коефіцієнт термо-е.р.с., або ж коефіцієнт Зеєбека.

При протіканні електричного струму І у колі навантаження термоелектричного перетворювача під дією різниці потенціалів U, на опорі навантаження R_Н буде виділятися електрична потужність

.

(2.3)

Оскільки у двох крайніх випадках – у режимі холостого ходу, коли ключ 3 розімкнуто, та у режимі короткого замикання, коли R_Н=0, електрична потужність є нульовою, а у загальному випадку, коли R_Н 0, потужність є позитивною величиною, то залежність електричної потужності від опору навантаження P_Н = P_Н(R_Н) повинна мати вигляд кривої з максимумом. Тобто існує такий номінал опору навантаження, при якому досягається максимальна електрична потужність термоелектричного перетворювача. Цей опір називається узгодженим або оптимальним опором навантаження і позначається R_НО.

Зазвичай оптимальний опір навантаження термоелектричного перетворювача знаходять експериментальним шляхом з використанням установки, схема якої зображена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схема лабораторної установки для дослідження характеристик термоэлектричного перетворювача:

1 – нагрівальний елемент печі; 2 – штатив лабораторний; 3 – рідинний термометр; 4 – об’єкт, який нагрівається; 5 – термоелектричний перетворювач (термопара); 6 – міліамперметр; 7 – магазин опорів;

8 - мілівольтметр

Порядок виконання роботи

1. Зібрати установку, представлену на рис.2.2.

2. Встановити регулятор температури нагрівального елемента на панелі управління піччю в положення «2».

3. Здійснити нагрівання об’єкта, розміщеного на поверхні нагрівального елемента, до температури 25020 ⁰С (контроль температури здійснювати за показаннями рідинного термометра).

4. По досягненні вказаної температури вимкнути піч та дати можливість встановитися стаціонарному стану в системі протягом 10 хв.

5. Повертаючи рукоятки магазину опорів, встановити значення опору навантаження R_Н=0 Ом.

6. Зафіксувати показання міліамперметра та мілівольтметра.

7. Дискретно змінюючи опір навантаження від R_Н=0 Ом до R_Н=11 кОм, здійснити запис показань мілівольтметра та міліамперметра. Результати вимірювань занести до таблиці 2.1.

Таблиця 2.1.