Сведения из теории. Термопара представляет собой два разнородных проводника (I и II), соединенные своими концами (рис

Термопара представляет собой два разнородных проводника (I и II), соединенные своими концами (рис. 4.1, а). Места соединений называют спаями (А и В). Если температуры спаев не одинаковы (например, Т _А > Т _В ), то в цепи термопары потечет ток (термоток) - явление Зеебека.

Опыт показывает, что связанная с термотоком ЭДС e пропорциональна разности температур “горячего” (А) и “холодного” (В) спаев

e = a(Т _А - Т _В), (4.1)

где a - удельная термо-ЭДС, определяется свойствами металлов, из которых изготовлена термопара. Например, для пары железо - константан a = 5, 3 ´ 10^-5 В/К.

Возникновение термотока при Т _А ¹ Т _В связано с наличием разных по величине контактных разностей потенциалов (КРП) в спаях А и В. КРП в любом из спаев определяется выражением

, (4.2)

где А ₁ и А ₂ - работа выхода электрона соответственно из металлов I и II; е - заряд электрона; k - постоянная Больцмана; n ₁, n ₂ - концентрации электронов в металлах I и II.

При одинаковых температурах спаев их КРП одинаковы, но про-тивоположны по направлению. ЭДС, равная алгебраической сумме скачков потенциалов в цепи, в этом случае нулевая, так как имеется два одинаковых источника тока, соединенных одинаковыми полюсами (рис. 4.1, б).

Если Т _А ¹ Т _В, то

/Dj_A/ ¹ /Dj_B/,

e = Dj_A - Dj_B =

что совпадает с формулой (4.1), если

.

Используются термопары чаще всего для измерения высоких (или низких) температур. Для этого “горячий” спай помещают в среду, температуру Т которой хотят узнать (Т _А = Т), а “холодный” спай - в среду с известной температурой Т _В = Т _О (например, в тающий лед). Измерив термо-ЭДС (термоток) и зная a, по формуле (4.1) легко вычислить Т. При измерениях удобно иметь предварительно проградуированную термопару. В этом случае нет необходимости в знании a. По измеренным ЭДС и Т непосредственно по графику e = f (D Т = Т - Т_О) определяют D Т, а значит, и Т. Задача данной лабораторной работы состоит в том, чтобы получить градуировочную кривую. Градуировку термопары производят по той же схеме (рис. 4.2), что и при измерениях температуры, с той лишь разницей, что “горячий” спай здесь помещают в среду, температуру которой можно изменить и измерить независимым от термопары способом (обычным термометром).

П р и м е ч а н и е. Очень часто ”холодный” спай оставляют при температуре окружающего воздуха (особенно при измерении температур в производственных условиях). В этом случае нет необходимости специально его создавать. Роль такого спая играет любой из контактов (В ₁ или В₂) проводника термопары (рис. 4.3) с измерительным прибором.