温差电现象的研究实验报告Word下载.docx

温差电现象的研究实验报告Word下载.docx

《温差电现象的研究实验报告Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温差电现象的研究实验报告Word下载.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

＝c（t－t0）

　　式中（:

温差电现象的研究实验报告）c为热电偶常数（或称温差系数），等于温差1℃时的电动势，其大小决定于组成热电偶的材料。

例如，常用的铜-康铜电偶的c值为4.26×

10-2mV/K，而铂铑-铂电偶的c值为

　　6.43×

10-3mV/K。

　　热电偶可制成温度计。

为此，先将t0固定（例如放在冰水混合物中），用实验方法确定热电偶的?

-t关系，称为定标。

定标后的热电偶与电位差计配合可用于测量温度。

与水银温度计相比，温差电偶温度计具有测量温度范围大（－200℃~2000℃），灵敏度和准确度高，便于实验遥测和A／D变换等一系列优点。

　　2．数字电压表测量温差电动势

　　由于数字式电压表的精度和准确度都很好，温差电动势的测量也可以采用数字电压表。

测量前，需要把数字电压表的两个接线端连接起来，对数字电压表进行调零。

把数字电压表的两个接线端接在温差电偶的两个信号输出端，选择合适的电压量程，就可以开始测量。

　　3．电位差计

　　电位差计是准确测量电势差的仪器，其精度很高。

用伏特表测量电动势ex时，伏特表读数为u＝ex－IR，其中R为伏特表内阻。

由于u　　如图4-8-1，如果两个电动势相等，则电路中没有电流通过，I＝0，en＝ex。

如果en是标准电池，则利用这种互相抵消的方法（补偿法）就能准确地测量被测的电动势ex，这种方法称为补偿法，电位差计就是基于这种补偿原理而设计的

　　在实际的电位差计中，en必须大小可调，且电压很稳定。

电位差计的工作原理如图4-8-2所示，其中，外接电源e、制流电阻Rp和精密电阻RAb串联成一闭合回路，称为辅助回路。

当有一恒定的标准电流I0流过电阻RAb时，改变RAb上两滑动头c、D的位置就能改变c、

　　D间的电位差VcD的大小。

由于测量时应保证I0恒定不变，所以在实际的电位差计中都根据I0的大小把电阻的数值转换成电压值，并标在仪器上。

VcD相当于上面的“en”，测量时把滑动头c、D两端的电压VcD引出与未知电动势ex进行比较。

（1）校准。

为了使RAb中流过的电流是标准电流I0，根据标准电池电动势en的大小，选定c、D间的电阻为Rn，使en＝I0·

Rn，调节Rp改变辅助回路中的电流，当检流计指零时，RAb上的电压恰与补偿回路中标准电池的电动势en相等。

由于en和Rn都准确地已知，这时辅助回路中的电流就被精确地校准到所需要的I0值。

（2）测量。

把开关倒向ex一边，只要ex≤I0Rn，总可以滑动c、D到c?

、D?

使检流计再度指零。

这时，c?

间的电压恰和待测的电动势ex相等。

设c?

之间的电阻为Rx，可得ex＝I0·

Rx。

因I0已被校准，ex也就知道了。

　　由于电位差计的实质是通过电阻的比较把待测电压与标准电池的电动势作比较,此时有

　　ex＝Rx·

enRn

　　因而只要精密电阻RAb做得很均匀准确、标准电池的电动势en准确稳定、检流计足够灵敏、电源很稳定，其测量准确度就很高，且测量范围可做得很广。

但是，在电位差计的测量过程中，工作条件常易发生变化（如辅助回路电源e不稳定，制流电阻Rp不稳定等。

），为保证工作电流标准化，每次测量都必须经过校准和测量两个基本步骤，且每次要达到补偿都要进行细致的调节，所以操作较为繁复、费时。

　　四、实验步骤

　　1．参照图4-8-3，连接好线路。

　　2．把检流计调零（详见检流计使用方法）。

　　3．调节电位差计工作电流标准化（详见电位差计使用方法）。

　　4．测量降温过程不同温度点的温差电动势。

接通电源，将热端的水加热到100℃，当温度下降到95℃时，开始测量热电偶的温差电动势，每隔4℃测量一个电动势，测出8个数据，重复测量两次。

　　5．使热端处于任意一个温度，测出当前的温度tx真及此温度下相应的电动势?

x。

　　五、数据记录及处理

　　1.实验数据记录

　　热电偶冷端温度t0＝19.5（℃）

　　表3-7-1测量数据表

　　2.用两种方法求出温差系数c

（1）以热电偶两端点的温差△t为横坐标，热电动势?

为纵坐标，在直角坐标纸上作?

-△t曲线，并用作图法定出温差系数c。

其方法是在直线上两端的数据区取二点（△t1，?

1）、（△t2，?

2）（此二点一般不是数据点），代入下式求出c

　　c＝（?

2－?

1）／（△t2-△t1）

（2）利用所测数据，用最小二乘法求出c值

　　3.由?

-△t图，根据?

x求出热水温度tx，以温度计所测值tx真为其真值，计算误差。

　　升温时电动势随温度变化图

　　3.5

　　3

　　2.5

　　2

　　1.5

　　1

　　0.5

　　02040

　　温度6080100电动

　　势线性（电动势ε

　　1/mV）

-△t图

　　用最小二乘法拟合得温差系数为c=0.0410mV/K.

　　篇二：

温差电效应及其应用

　　温差电效应及其应用

　　题目：

温差效应的原来及应用所属课程:

　　院系:

　　专业:

　　班级:

20XX

　　姓名:

　　学号:

20XX09140524指导老师:

　　电磁学物理与空间科学学院物理学级5班王俊刘立军20XX年12月6日

　　摘要：

本文首先系统阐述了温差电效应，包括温差电效应现象的发现和基本内容，接着介绍了近年来温差电效应研究的应用，重点介绍温差电效应在温度测量、温差发电和温差电制冷方面的最新应用，最后对温差电效应在一些新科技领域的潜在应用进行了展望。

　　关键词：

温差电效应；

温差发电；

温差电制冷

　　引言：

温差电效应研究是一门古老而又年轻的学科，它很好的将温度差异和电压的产生两者联系起来，被广泛应用于高温测量、温差发电等领域。

构成温差电技术的基础有三个基本效应：

塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆逊效应。

早在1821年，德国科学家塞贝克就发现了温差电的第一个效应，所以，人们称之为塞贝克效应——将两种不同的金属连接，构成一个闭合回路，如果两个接头处存在温差，回路中便产生电流。

该效应便成了温差发电的技术基础。

1834年法国科学家珀尔帖发现电致冷所依赖的珀尔帖效应，它是塞贝克效应的逆效应——将两种不同的金属连接，构成一个闭合回路，如果回路中存在直流电流，两个接头之间便会产生温差。

而第三个效应——汤姆逊效应，是汤姆逊在1856年发现的。

汤姆逊效应是指金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大。

像气体一样，当温度不均匀时会产生热扩散，因此自由电子从温度高端向温度低端扩散，在低温端堆积起来，从而在导体内形成电场，在金属棒两端便引成一个电势差。

这种自由电子的扩散作用一直进行到电场力对电子的作用与电子的热扩散平衡为止。

　　1.温差电效应

　　将两种不同的金属相连接，并在两接头处保持不同的温度，电路中将存在温度梯度和化学势梯度，因而同时产生热流和粒子流，出现交叉现象。

这就是温差电效应[1]。

如图1所示，由A、b两种金属接成的热电偶，在两接点处保持不同的温度T和T+?

T，发现回路中两接点将产生电势差,并且与两接点处的温度差?

T成正比，即?

ζ=ε?

T，其中ε是温差电动势系数，它与材料及温度有关。

J表示电流密度[2]。

　　图1温差电效应原理

　　2．温差电效应的应用

　　可能现在大家对温差电效应有所了解，然而，在温差电现象发现后一百多年里，却一直未得到实际的应用，原因就是利用金属合金做成的温差电偶的温差电致冷效应很弱，温差电技术真正复兴，可以认为是从20世纪30年代开始，杰出的苏联物理学家—

　　—约飞，最早提出了用半导体材料，作为温差电换能的材料，特

　　别是首先提出的固熔体合金的概念，为近现代温差电技术的研发与实际应用奠定了理论与技术基础。

直到二十世纪五十年代，由于半导体科学技术的发展，科学家发现用半导体材料构成的温差电偶，其温差电效应相当显著。

之后，许多科学家在这方面做出了杰出贡献，到六十年代，温差电致冷达到了实用化阶段。

前苏联的俄罗斯、乌克兰等国家，曾首先在温差发电和温差电致冷方面进行了最广泛的研究。

现在，他们的科研成果正逐渐从航天、军事领域向市场需求方面转化。

美国也是温差电技术的强国之一，而且美国研究温差电的技术领域得到美国政府，尤其是军方的支持。

从六七十年代开始，我国的科研人员才对温差电技术展开了较广泛的研究，这使我国目前已成为世界上温差电产品生产量最大的国家之一，产品的技术性能也接近国际先进水平。

半导体材料的研发与应用，极大地推动了温差电技术的发展。

目前，温差电已形成了一个新的行业，新产品不断出现，整个行业处在上升阶段，发展前景十分广阔。

随着技术的发展，也随着氟里昂等具有温室效应的制冷剂在全球禁用，温差电致冷技术显得越来越显得重要，市场会越来越大[3]。

　　温差电效应的应用：

温度测量、温差发电与温差电制冷

　　2．1温度测量

　　温度测量方面的典型代表是温差电偶温度计。

温差电偶温度计是

　　一种工业上广泛应用的测温仪器。

它的制成就是利用了温差电现象。

两种不同的金属丝焊接在一起形成工作端，另两端与测量仪表连接形成电路。

把工作端放在被测温度处，工作端与自由端温度不同时，就会出现电动势，因而有电流通过回路。

通过电学量的测量，利用已知处的温度，就可以测定另一处的温度。

　　通过对温差电偶温度计工作原理的了解，我们可以发现温差电偶温度计的优点：

（1）测量范围广：

可以从4.2K（－268.95℃）的深低温（绝对零度0k，即-273.15℃）直至2800℃的高温。

如液态空气的低温或炼钢炉温（～2000℃）。

而且材料不同，测温的范围也有不同。

例如，铜和康铜构成的温差电偶的测温范围在200～400℃之间；

铁和康铜则被使用在200～1000℃之间；

由铂和铂铑合金（铑10%）构成的温差电偶测温可达千摄氏度以上；

铱和铱铑（铑50%）可用在2300℃；

若用钨和钼（钼25%）则可高达2600℃。

（2）测量精度高：

热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响，从而减少了无关量的影响，提高测量精度。

　　（3）受热面积和热容量可做得很小，实现小范围高精度测温，如研究金相变化、小生物体温变化，而水银温度计则难于可比。

　　（4）构造简单，使用方便：

热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

　　（5）由于热电偶测温是将温度测量转换为电学量的测量，因而非常适用于自动调温和控温系统，从而提升了工作中人机关系的安全性和

　　篇三：

物理实验作业温差电动势的测量

　　华南农业大学实验报告

　　专业班次11农学1班组别20XX30010110

　　题目温差电动势的测量姓名梁志雄日期一、实验目的

　　1、学会使用数字电压表或万用表测量热电偶的温差电动势；

2、了解热电偶的测温原理和方法。

　　热电偶、万用表、温度计、带温度显示的水浴锅、保温杯

　　当两种不同的金属导线组成闭合回路时，若在两接头维持一温差，回路就会有电流和电动势产生，这就是塞贝克效应，其中的电动势称为温差电动势，利用塞贝克效应可测量温度；

当温差不大时，有ε=c（t-t0）

　　1、将万用表与热电偶上的红黑接线柱相连；

　　2、万用表测试前不需要调零，万用表应置于直流电压档的200mV，读数时读出单位与

　　此档保持一致；

　　3、将热电偶一端置于水浴锅中，另一端置于冷水瓶中，开始测量；

4、用温度计测量冷水瓶中水温，即热电偶冷端温度；

　　5、测量升温过程中不同温度差的电动势，从67摄氏度开始，每隔4摄氏度测量一次，

　　至95摄氏度为止；

　　6、测量降温过程中不同温度的电动势，从九十五摄氏度开始，每隔四摄氏度测量一次，

　　至六十七摄氏度为止

　　7、使热端处于任何一个温度下，测出当前的温度tx真，以及此温度下相应的电动势εx

　　五、测量数据

　　冷水温度：

20℃

　　六、数据处理

　　1、图解法求温差系数c；

选取第五个和第六组数据，按照公式c=（ε2-ε1）/（t2-t1）可以得出c=0.04125mV/℃

　　2、利用最小二乘法求温度系数c，由线性分布图表中可以得知，c=0.0436mV/℃，而相关系数为r=0.9993相关度极高，而x表示热端和冷端温差，y则表示电动势

　　3、根据线性分布图，根据ε=2.38求温差，代入现行方程求得温差是56.76，转换成温度则是77.6摄氏度，十分接近测量值，而百分比误差为1.3%，满足误差允许的范围。

　　七、思考题

　　为什么当两种金属的接触点温度不同时会产生温差电动势？

它与那些因素有关？

当两种不同的金属导线组成闭合回路时，若在两接头维持一温差，回路就会有电流和电动势产生，这就是塞贝克效应，其中的电动势称为温差电动势，温差电动势与构成半导体的金属材料有关，与热冷端的温度差也有关系。

　　八、实验总结

　　为了确保实验的准确性，在实验之前，要正确连接好电路，调试好仪器；

其次在操作仪器的时候，要预先设定好合适的温度，防止加热多度；

最好，由于本次实验是在敞开环境中进行，而且伴随升温和降温过程，所以在加热或降温过程中，不要把该在锅上的盖子掀开。