Электричество и магнетизм, изучение свойств ферромагнетиков

а у последней пары металлов

1

++

h=21 height=12 src="images/referats/13356/image054.png"> - -

2

Рис.2.4 При соприкосновении двух различных металлов во вешнем пространстве появляется электрическое поле, а на поверхности металлов возникают заряды

а 2 1

3 4

в

Рис.2.5 При соединении нескольких проводников 1,2,3,4 электрическое поле определяется только крайними проводниками1 и 4.

Так как в плоскостях аа. бб и т.д. соприкасаются одинаковые металлы, то дополнительные разности потенциалов здесь не возникают; поэтому контактная разность всей цепи равна

(2.5)

т.е. такая же, как в отсутствии промежуточных металлов 2 и 3. Контактная разность определяется только крайними металлами цепи.

Если имеется замкнутая цепь, составленная из разных металлов или вообще из электронных проводников (проводников первого класса), то внешняя контактная разность вообще не возникает и остаются только внутренние контактные разности и т.д.

Сумма этих скачков потенциала равна

(2.6)

Следовательно, и электродвижущая сила цепи, составленной из каких угодно проводников первого класса, но заходящихся при одинаковой температуре, равна нулю. Такой же результат получается и в квантовой теории металлов.

Составим замкнутую цепь из двух разнородных металлов и будем поддерживать температуры контактов и (спаев) различными температурами и (рис.2.6) В этом случае в цепи возникает электродвижущая сила, которая называется термоэлектродвижущей силой. а сама цепь называется термопарой или термоэлементом.

Контактные разности потенциалов в спаях и различны по величине вследствие различной температуры спаев. Подсчитаем электродвижущую силу, пользуясь формулой :

(2.7)

Постоянная для двух данных металлов величина

(2.8)

называется постоянной термопары или удельной термо-э. д. с. Удельная термо-э. д. с. равна термоэлектродвижущей силе, возникающей в цепи при разности температур спаев в один кельвин. Формулу (2.7) можно записать в виде:

(2.9)

откуда видно, что термо-э. д. с., пропорциональна разности температур спаев. Удельная термо-э. д. с. - не строго постоянная величина и несколько зависит от температуры.

Благодаря возникающей термо-э. д. с., в термопаре возникает ток. Для его поддержания необходимо обеспечить разность температур спаев, то есть к горячему спаю подводить тепло, а холодный спай поддерживать при одной и той же температуре. В этом случае происходит преобразование тепловой энергии в электрическую.

Методика эксперимента

П. нагрев. - охлаждение 1 2 3

Горячие спаи

Рис.2.6

В установке используют термопарный термометр, состоящий из батареи М последовательно соединенных холодных и горячих спаев двух разнородных металлов (рис.2.6). Горячие 1 спаи помещены в сосуд с водой 3, нагреваемый элементом 4. Температура воды регистрируется термометром 5. Холодные спаи 2 помещены в сосуд с водой 6 при комнатной температуре, регистрируемой термометром 7. Так как горячие и холодные спаи одинаковы то по формуле (2.7) для последовательного соединения спаев перепишется так:

где - постоянная термопары.

При включении нагревателя температура горячих спаев увеличивается и по цепи с милливольтметром потечет ток. В процессе измерения регистрируется линейная зависимость () термоэлектродвижущей силы от разности температур горячего и холодного спаев. Как следует из (2.9) тангенс угла наклона прямой к оси абцисс равен постоянной термопары , то есть

(2.10), откуда (2.11)

Обработка результатов эксперимента

1. Построить зависимость термоэлектродвижущей силы от разности температур горячего и холодного спаев, провести через точки прямую

2. По формуле () найти отношение концентрации электронов в металлах спая термопары.

РАСЧЕТ ПОГРЕШНОСТЕЙ.

1. Вычисление постоянной термопары по зависимости и случайной погрешности осуществляется по методу наименьших квадратов (см). При этом уравнение линейной регрессии имеет вид:

где - угловой коэффициент наклона прямой, проходящей через начало координат. Этот коэффициент находится по формуле:

, здесь

Погрешность определения углового коэффициента находится из соотношения:

 Скачать реферат