Изготовление и применение батареи термопар Работу выполнили ученики: Ученики 10”А” класса МОБУ СОШ №18г. Сочи Юмашев Дмитрий Андреевич Безнос Илья Вячеславович Руководитель проекта: Сляднева Галина Борисовна учитель физики МОБУ СОШ №18, г. Сочи
Цель проекта - Изготовление термопары Задачи проекта Изучение принципа работы термопары Рассмотрение актуальности термопар в наше время Изучение теории по данному явлению Испытание термопары на практике Доказать точность измерений, сравнив с термометром
История изобретения термопары В 80-х годах XVIII века в одном из старейших университетов Европы в Болонье физиолог Луиджи Гальвани обнаружил удивительное явление. В ходе своих экспериментов он препарировал лягушек и пропускал через их мускулы электрический ток, созданный при помощи электрофорной машины или разряда молнии. Под действием тока мышцы лягушки сокращались. В одном из экспериментов он сделал цепь из лапки и дуги, представляющей собой последовательное соединение двух разных металлов. И — о чудо! — в отсутствие внешнего источника тока лапка тоже сокращалась. Гальвани объяснил явление «животным электричеством» (он предполагал, что в теле есть источники тока, раздражающие мышцу) и опубликовал описание эксперимента в 1791 году. 1 Эксперимент Вольта В новой работе дуга была из одного металла, но ее конец Вольта предварительно погружал на 30 секунд в кипящую воду. Не давая ему остыть, ученый помещал концы дуги в два стакана холодной воды, и тогда лягушачья нога снова сокращалась. Это продолжалось до тех пор, пока предварительно нагретый конец дуги не остывал. Здесь уже не шло речи о контактной разности потенциалов. Но Вольта правильно понял физические причины и заключил, что сокращение мышцы было вызвано неоднородным нагревом. Однако впоследствии Вольта переключился на создание батареи и оставил эти эксперименты.
Эффект Зеебека Работы в этом направлении продолжились лишь 20 лет спустя, когда Томас Иоганн Зеебек открыл то, что мы сегодня называем термоэлектричеством. В 1821 году, вдохновленный опытами Эрстеда в области электромагнетизма, Иоганн Зеебек экспериментировал с по-разному нагретыми контактами и обнаружил занимательный эффект. Явление, обнаруженное Зеебеком, заключается в появлении электрического тока при воздействии разности температур на соединение разнородных металлов. Достаточно взять два металла, нагреть их по-разному, и в этой системе возникнет ток. Вольтметр покажет тем большее напряжение, чем больше разница температур, а коэффициентом пропорциональности служит разница так называемых коэффициентов Зеебека для каждого из металлов. Коэффициент Зеебека Коэффициент Зеебека (S) характеризует один металл. Коэффициент Зеебека — это не что иное, как разность потенциалов, возникающая при разнице температур в один градус. Термоэлектричество Посвященный этому опыту доклад Зеебека в Берлинской академии прославил автора настолько, что явлением заинтересовался сам Эрстед, который и был источником вдохновения для Зеебека. Зеебек назвал свое открытие термомагнетизмом. Но Эрстед понял, что магнетизмом там и не пахнет, и дал физически более правильное объяснение. Он же и ввел термин термоэлектричество.
Принцип работы термопары Принцип действия термопары - термоэлектрический эффект, или эффект Зеебека. Явление состоит в следующем: в замкнутой цепи из двух разнородных проводников возникает электродвижущая сила (термо-ЭДС), если места их соединения, или спаи, поддерживать при разной температуре. Эффект не возникает в случае использования однородных материалов, а также при одинаковых температурах спаев. Горячий спай Помещается в среду с измеряемой температурой. Холодный спай Соединяется с измерительным прибором или устройством автоматического управления.
Преимущества и недостатки термопар Преимущества: ТМК (термопара медь-константан) Используется для измерения температур в диапазоне от -250 °С до +400 (+600) °С. Может работать в окислительной или восстановительной атмосфере, а также в вакууме. Наиболее точная термопара для измерения температур 0-250 °С. Не рекомендуется использование термопар данного типа при температурах выше 400 °С. Не чувствительна к повышенной влажности. Преимущества Широкий диапазон температур Высокая точность Быстрое время отклика Низкая стоимость Простота установки Недостатки Влияние спаев на результат измерений Ухудшение характеристик в условиях эксплуатации при перепадах температур Необходимость индивидуальной градуировки при достижении точных измерений Чувствительность к электромагнитным помехам
Практическая часть В качестве компонентов для создания термопары мы воспользуемся медью и константаном. Для приготовления ТМК возьмем медную и константановую проволоку длинной 50мм и диаметром 0,25мм. После этого проводим скрутку проводов и обрабатываем скрутку в пламени. Мы сравнили термопару и термометр при исследовании процесса кипения. Для проведения нашей практической части нам потребовались: термопара, мультиметр, термометр, ёмкость, наполненная водой. Дождавшись, пока вода начнёт кипеть, одновременно опустим в кипящую воду. Сравнивая показания термопары и термометра можно пронаблюдать разницу в скорости и точности показаний. 1 Подготовка Скрутка проводов и обработка в пламени. 2 Эксперимент Одновременное погружение термопары и термометра в кипящую воду. 3 Сравнение Анализ показаний термопары и термометра.
Вывод Основываясь на проведённом опыте можно подвести итог, что термопара является более удобным устройством для изучения динамики процесса кипения, чем термометр, так как термопара имеет более быстрое время отклика, что и позволяет термопаре обеспечивать более точные показания при быстрых изменениях температуры. Таким образом, термопара может применятся в большем диапазоне, чем термометр, что и указывает на то, что термопара лучше термометра в большинстве моментов. Преимущества термопары Быстрое время отклика, высокая точность. Широкий диапазон применения Термопара может использоваться для измерения температуры в различных средах и условиях. Эффективность Термопара является более эффективным инструментом для измерения температуры, чем термометр.
