2 Методика эксперимента и экспериментальная установка

Рис. 5

В работе исследуются ТЭДС трех термопар, состоящих из сплавов соответственно хромель-копеля, копель-алюмеля и алюмель-хромеля. Эти термопары расположены в одном нагреваемом термостате вместе с датчиком цифрового термометра, по показаниям которого определяется температура термостата, Принципиальная схема экспериментальной установки приведена на рис. 5

Установка позволяет измерять термо-ЭДС всех трех термопар при заданной температуре при помощи цифрового вольтметра (мультиметра 1), замыкая его поочередно на контакты отдельных термопар 1–1; 2–2; 3–3. Как следует из схемы экспериментальной установки, напряжение на нагревателе термостата 2, а, следовательно, и его температуру, можно изменять ступенями. Для этого замыкают контакты нагревателя термостата (3) поочередно в положение 0–1, 0–2, 0–3, 0–4, 0–5 (рис. 5) Соответственно температура контактов термопар (термостата) изменяется ступенями, и ее величина определяется по показаниям электронного термометра (4) в Кельвинах. Нагреватель термостата подключается к электрической сети 220 В. Экспериментальная установка изображена на

рис. 6.

Рис. 6

Лабораторная установка, выполнена в виде настольного прибора (рис. 6), на лицевой панели которого находятся:1 – тумблер «Сеть»; 2 – лампочка; 3 – тумблер включения термометра; 4 – табло термометра; 5 – тумблер включения нагревателя; 6 – регулятор нагрева; 7 –переключатель термопар различной природы; 8 – цифровое табло мультиметра (в mB).

3 Порядок выполнения исследований

1. Включить тумблер 1 «Сеть». При этом на панели прибора должна загореться лампочка 2.

2. При помощи тумблера 3 включить цифровой термометр. В результате на табло 4, расположенном на панели прибора, появятся цифровые значения температуры термостата в градусах Цельсия. Справа на шкале указано значение температуры .

3. Поставить в верхнее положение «Вкл» тумблер 5 «нагреватель».

4. Регулятор нагрева термостата 6 повернуть по часовой стрелке до щелчка. Далее увеличение нагрева термостата происходит непрерывно, автоматически.

5. Переключатель 7 термоЭДС последовательно переводить в положение 1, 2, 3, замыкая мультиметр соответственно на контакты термопар из: 1 - хромель-копеля (ХК), 2 – из хромель-алюмеля (ХА), 3 – из алюмель-копеля (АК).

6. Значения ТЭДС высвечиваются на цифровом табло 8 мультиметра в мВ.

7. Величины ТЭДС с табло 8 записывать в таблицу I в мВ при изменении температуры калориметра от доС через каждыеС.

8. Выключить тумблер 5 нагревателя термостата, а ручку 6 регулятора нагрева повернуть против часовой стрелки до щелчка.

9. Процесс измерений ТЭДС в зависимости от температуры повторить при остывающем нагревателе в обратном порядке записывая значения ТЭДС для 1, 2, 3 термопар в таблицу I.

10. За погрешность измерений принимать разброс значений в процессе нагрева и охлаждения.

Таблица I.

№ опыта		Хромель-копель			Хромель-алюмель			Алюмель-копель
		нагр	ост		нагр	ост		нагр	ост
1
2
3
4
…

11. По данным измерениям построить график зависимости для трех пар термопар, принимая за погрешность измерений разброс значенийв процессе нагрева и охлаждения. Величинуопределяют по шкале термометра (ее значение справа)

12. Определить по полученному в эксперименте графику (приблизительный график дан на рис. 7) значение для каждой термопары. Зависимостьсчитать линейной, тогда значениедля каждой термопары определяется как тангенс угла наклона прямой:,

Рис. 7

13. Значения можно рассчитывать методом наименьших квадратов. Значениядля разных термопар и разных диапазонов температур записать в таблицу 2.

Таблица II.

№ п/п
		Для термопары Х-К	Для термопары Х-А	Для термопары А-К	Х-К	Х-А	А-К
1
2
3
4
5

Расчеты выполнить для 5 различных интервалов температур.

15. Найти средние значения величины для различных термопар.

16. Рассчитать используя полученные в эксперименте средние значения химические потенциалы,,,согласно соотношениям:

(16а)

(16б)

. (16в)

Величина берется как средняя температура выбранного диапазона измерений. Величина- измерены в эксперименте. Учитывая, что соотношения (16 а,б,в) представляют тождества, для нахождения химических потенциаловдостаточно знатьодного из трех металлов, который можно рассчитать согласно (16).

17. Химический потенциал для хромеля определяют по теоретической формуле (18). Концентрация электронов в металле рассчитывается по формуле

(17)

где число Авогадро,плотность,атомная масса металла,количество валентных электронов атома. При расчетах необходимо учесть, что хромель это сплав, содержащий 90 % никеля и 10 % хрома, найтиВ результате расчета концентрация электронов в хромеле равна согласно (17)м^–3 и его химический потенциал, рассчитанный по (16) можно считать равным эВ.

18. Подставить рассчитанное теоретически значение химического потенциала хромеля в равенства (16), из которых найти значения химических потенциалов копеля и алюмеля. Для проверки следует рассчитать значения этих потенциалов, используя теоретические расчеты.