Лабораторная работа 1 математическая обработка результатов измерений и представление результатов эксперимента

Контрольные вопросы

1. 
   Какова физическая сущность электрического сопротивления?
   
2. 
   Почему в этой работе можно заменить отношение сопротивлений отношением длин частей проволоки реохорда?
   
3. 
   Почему при изменении сопротивлений с помощью мостика Уитстона нужно применять двойной ключ?
   
4. 
   Как рассчитать абсолютную погрешность результата в этой работе?
   
5. 
   От чего зависит точность измерения сопротивлений при помощи мостиковой схемы?
   

Лабораторная работа 9
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ И
УДЕЛЬНОЙ ТЕРМО-ЭДС ТЕРМОПАРЫ
Теория. В электрической цепи разнородных проводников (или полупроводников) появление разности температур спаев приводит к возникновению в ней термо-э.д.с.
Согласно квантовой (зонной) теории, возникновение термо-э.д.с. обусловлено рядом факторов, среди которых наибольщий вклад вносят контактная и диффузионная -состовляющие эдс. Термо-э.д.с. термопары равна алгебраической сумме составляющих:
.
Контактная термо-э.д.с. связана с изменением внутренней контактной разности потенциалов, которая рассчитывается по уравнению
,
где и -положение уровня Ферми в первом и втором металлах при данной температуре; –заряд электрона.
Для замкнутой цепи из двух разнородных металлов в изотермических условиях скачки потенциалов на спаях одинаковые по величине и противоположные по знаку, то есть контактная термо-э.дс. в этих условиях отсуствует. При нагревании одного спая уровни Ферми того или другого металла начинают понижаться. Согласно зонной теории, чем меньше концентрация электронов в металле, тем быстрее с ростом температуры понижается уровень Ферми. Различие в скоростях убывания уровней Ферми контактирующихся металлов в горячем спае приводит к изменению на нем внутренней контактной разности потенциалов. Это приводит к нарушению равенства скачков потенциала на спаях термопары, то есть в цепи появляется контактная термо-э.д.с. Величина этой эдс пропорциональна расности температур:
.
Диффузионная термо-э.д.с. появляется в однородной проводнике при возникновении вдоль него градиента температур. Под действием разности температур на концах проводника протекает термодиффузия, благодаря чему горячий конец проводника заряжается положительно, а холодный отрицательно. В проводнике создается электрическое поле с градиентом потенциала, который прямо пропорционален градиенту температур в проводнике. Отсюда диффузионная разность потенциалов или диффузионная термо-э.д.с. прямо пропорциональна разности температур:
.
Алгебраическая сумма и обуславливает термо-э.д.с. термопары: .
Для небольщих разностей температур ( - величина постоянная), поэтому
.
Для многих термопар при конечных разностях температур величина непостоянная. Согласно выражению
,
она изменяется с ростом температуры.
Величину называют дифференциальной или удельной термо-э.д.с. данной пары металлов. Измеряется в В/К и существенно зависит от природы контактуриющих материалов, а также интервала температур, достигая 10^-5-10^-4В/К. В небольшом интервале (0-100⁰С) удельная термо-э.д.с. слабо зависит от температуры. Тогда последнюю формулу можно представить в виде:
)
В полупроводниках, в отличие от металлов, существует сильная концентрации носителей зарядов и их подвижности от температуры. Поэтому рассмотренные выше эффекты, приводящие к образованию термо-э.д.с. выражены в полупроводниках сильнее, удельная термо-э.д.с. больше и достигает значений в порядке 10^-3В/К.

Для изучения зависимости термо-э.д.с. от разности температур спаев (контактов) в настоящей работе используется термопара, изготовленная из двух отрезков пролоки, один из которых является сплавом на основе хрома (хромель), а другой сплавом алюминия (алюмель). Один спай вместе с термометром помешен в сосуд с водой , температура которой может изменяться путем нагрева на электроплитке. Температура другого спая подерживается постоянной (Рис.1). Возникающая термо-э.д.с. измеряется цифровым вольтметром. Температура спаев определяется по температуре воды в сосудах с помошью термометра.