GetAClass - физика и здравый смысл

#физика

Мы взяли кусок стальной проволоки, прикрутили к его концам две медные проволоки и замкнули цепь через вольтметр. Одну скрутку опустили в холодную воду, а другую нагрели пламенем свечи, и вольтметр показал напряжение в 1 милливольт. Заменим пару медь и сталь на сплавы хромель и алюмель, и теперь напряжение заметно больше — 20 милливольт, а сила тока — 17 миллиампер. КПД металлических термопар много меньше 1%, поэтому они обычно используются только для точного измерения температуры.

Силу тока термопары можно увеличить до нескольких ампер, если уменьшить сопротивление цепи. Мы изогнули медную трубку длинной петлёй и закоротили несколькими витками константановой проволоки, по расчёту сопротивление такой цепи составляет порядка 0,001 Ом. Внутри петли поместили магнитную стрелку и расположили установку вдоль направления магнитного поля Земли. Когда один конец трубки нагревался пламенем газовой горелки, протекающий по трубке ток отклонял магнитную стрелку на большой угол, это означает, что создаваемое током поле существенно больше горизонтальной компоненты магнитного поля Земли, и сила тока составляет порядка 5 ампер.

Именно это явление отклонения магнитной стрелки термопарой открыл в 1821 году немецкий учёный Томас Иоганн Зеебек и назвал его термомагнитным эффектом, но поскольку магнитное поле создаётся электрическим током, в учебники он вошёл как термоэлектрический эффект или эффект Зеебека. Интересно, что впервые это явление наблюдал ещё в 1794 году Алессандро Вольта в своих опытах с лягушачьими лапками.

Термоэлектрический эффект создаётся несколькими различными процессами. Первый — это термодиффузия электронов от горячего конца металла к холодному. Мощности таких диффузионных «насосов» у металлов термопары различаются, поэтому, хотя два «насоса» и включены навстречу друг другу, ток в цепи оказывается ненулевым. Второй процесс связан с контактной разностью потенциалов на стыке двух металлов, которая слабо зависит от температуры, поэтому мощности включенных навстречу друг другу контактных «насосов» на двух спаях термопары также несколько различаются. И это тоже даёт вклад в создание термотока.

Гораздо сильнее, чем в металлах, проявляет себя термоэлектрический эффект в термопарах, собранных из полупроводников. Связано это с тем, что при нагреве в полупроводниках очень быстро растёт концентрация носителей заряда. Если собрать термопару из полупроводников с носителями разных типов, то диффузионные «насосы» гонят их по кольцу в одну сторону и помогают, а не мешают друг другу, как в металлах. И вот батарея из 127 элементов-термопар, соединённых последовательно, выдаёт напряжение больше 1 В при разности температур меньше ста градусов и обеспечивает вращение небольшого электродвигателя.

А обо всех остальных милых сердцу подробностях вы узнаете из нашего нового ролика «Термопара и эффект Зеебека», смотрите и не забывайте ставить лайки!

P.S. По данной ссылке можно посмотреть выпуск «Термопара и эффект Зеебека» на удобной платформе.

[Поддержите нас]

YouTube

Термопара и эффект Зеебека

В цепи из двух различных проводящих материалов, стыки которых поддерживаются при различных температурах, возникает термо-ЭДС, а по цепи течёт электрический ток.

Ключевые слова: эффект Зеебека, термо-ЭДС, термоэлектрический элемент, элемент Пельтье, термопара…

www.group-telegram.com/id/getaclass_channel.com/889

2.4K viewsMay 20 at 08:36

#физика

Мы взяли кусок стальной проволоки, прикрутили к его концам две медные проволоки и замкнули цепь через вольтметр. Одну скрутку опустили в холодную воду, а другую нагрели пламенем свечи, и вольтметр показал напряжение в 1 милливольт. Заменим пару медь и сталь на сплавы хромель и алюмель, и теперь напряжение заметно больше — 20 милливольт, а сила тока — 17 миллиампер. КПД металлических термопар много меньше 1%, поэтому они обычно используются только для точного измерения температуры.

Силу тока термопары можно увеличить до нескольких ампер, если уменьшить сопротивление цепи. Мы изогнули медную трубку длинной петлёй и закоротили несколькими витками константановой проволоки, по расчёту сопротивление такой цепи составляет порядка 0,001 Ом. Внутри петли поместили магнитную стрелку и расположили установку вдоль направления магнитного поля Земли. Когда один конец трубки нагревался пламенем газовой горелки, протекающий по трубке ток отклонял магнитную стрелку на большой угол, это означает, что создаваемое током поле существенно больше горизонтальной компоненты магнитного поля Земли, и сила тока составляет порядка 5 ампер.

Именно это явление отклонения магнитной стрелки термопарой открыл в 1821 году немецкий учёный Томас Иоганн Зеебек и назвал его термомагнитным эффектом, но поскольку магнитное поле создаётся электрическим током, в учебники он вошёл как термоэлектрический эффект или эффект Зеебека. Интересно, что впервые это явление наблюдал ещё в 1794 году Алессандро Вольта в своих опытах с лягушачьими лапками.

Термоэлектрический эффект создаётся несколькими различными процессами. Первый — это термодиффузия электронов от горячего конца металла к холодному. Мощности таких диффузионных «насосов» у металлов термопары различаются, поэтому, хотя два «насоса» и включены навстречу друг другу, ток в цепи оказывается ненулевым. Второй процесс связан с контактной разностью потенциалов на стыке двух металлов, которая слабо зависит от температуры, поэтому мощности включенных навстречу друг другу контактных «насосов» на двух спаях термопары также несколько различаются. И это тоже даёт вклад в создание термотока.

Гораздо сильнее, чем в металлах, проявляет себя термоэлектрический эффект в термопарах, собранных из полупроводников. Связано это с тем, что при нагреве в полупроводниках очень быстро растёт концентрация носителей заряда. Если собрать термопару из полупроводников с носителями разных типов, то диффузионные «насосы» гонят их по кольцу в одну сторону и помогают, а не мешают друг другу, как в металлах. И вот батарея из 127 элементов-термопар, соединённых последовательно, выдаёт напряжение больше 1 В при разности температур меньше ста градусов и обеспечивает вращение небольшого электродвигателя.

А обо всех остальных милых сердцу подробностях вы узнаете из нашего нового ролика «Термопара и эффект Зеебека», смотрите и не забывайте ставить лайки!

P.S. По данной ссылке можно посмотреть выпуск «Термопара и эффект Зеебека» на удобной платформе.

[Поддержите нас]

BY GetAClass - физика и здравый смысл