“温差电效应”制冰实验报告

“温差电效应”制冰

实验目的

本实验测量不同材料的金属温差电动势，并根据温差电动势排列出温差电序；研究串联后的温差总电动势和各分电动势的关系；用两种不同金属组成一个温差电偶进行定标与测温；利用佩尔捷效应制冰，以及利用泽贝克效应发电。

实验装置

保护两种金属连接的固定板（温差电偶，如图1所示）、保温杯、“温差电效应”制冰实验装置、“温差电效应”发电实验装置、数码显示测温仪、手持式红外测温仪、数字毫伏表、稳压电源等。

实验内容1：测量不同材料的金属温差电动势，并排列出温差电序 实验步骤

1. 调零：用导线短路毫伏表。调节“调零”旋钮，使毫伏表置零。

2. 如图2所示，保温杯内注入热水，测出热水的水温。盖上盖子，将温差电偶板（如铜与锡）放入保温杯内。金属A 与金属B 另一端处于常温下，并与毫伏表相连接，记录此时毫伏表读数。

3. 几个不相同的温差电偶板分别放入保温杯内，重复上述操作，对应测出电动势大小。根据测得的大小、正负排出金属温差序列。

实验现象

70.2℃下测得不同温差电偶板的电动势大小如下表所示：其中金属A 接毫伏表正极，金属B 接毫伏表负极。

图

1

图2：温差电动势的测量

实验分析

1．产生电动势的原因：

当A与B两种不同材料导体（或导电类型不同的半导体）连接组成闭合回路时，如果两个接触处的温度（T1、T2）不同，则回路中就有电流产生，在回路中存在电动势。如图3所示。这种电流称为温差电流（也称热电流）；这种电动势称为温差电动势（也称热电动势），这种现象称为“泽贝克效应”。

图3

其原理是：当两种原子核外电子数目不同的金属有了分子渗透之后，在结合面，当核外电子受到温度扰动之后，一种金属的核外电子迁移到另一种金属方面去，导致失掉电子的金属呈现正极性电位，得到电子的金属呈现负电位，由此产生电位差。

2．图3中金属A与金属B的长短是否对回路电流大小或电动势有影响？

查资料知，温差电动势的大小只与工作端和参考端的温差及电极材料有关，与电极的长度、直径无关。

3．为了测定温差电动势，需在闭合回路中接入测量仪表，这相当于把第三种金属（如电阻丝）串入回路，这样是否会对温差电动势产生影响？

查资料知，在A、B两种金属之间插入任何一种金属C，只要维持它和A、B的连接点在同一个温度，则这个闭合电路中的温差电动势总是和由A、B两

种金属组成的温差热电偶中的温差电动势一样。

4．温差电序：指金属（或半导体）在温差电现象中的性质排列的序列，用该序列中任意两种金属制成的温差电偶，在温度高的结合点，电流将从表中排在前面的金属流向排在后面的金属。

5．根据电路连接方式，当电动势为正值时，在高温结合点，电流从金属B流向金属A，故在温差电序中，金属B排在金属A前；当电动势为负值时，在高温结合点，电流从金属A流向金属B，故在温差电序中，金属A排在金属B 前。因此，根据测得的电动势的正负及数值大小，得到金属温差序列如下：

实验内容2：串联后的温差总电动势和各分电动势的关系

实验步骤

把几个温差电偶板（铜-锡电偶）串联起来，实景图及线路图如图4所示，用毫伏表测量串联后的温差总电动势和各分电动势。

图4

实验现象

毫伏表测得温差电偶1两端电动势为-0.102mV，温差电偶2两端电动势为-0.120mV，温差电偶3两端电动势为-0.070mV,串联后温差总电动势为-0.307mV。实验分析

1.在图4中，金属A与金属B串联的连接方法，为什么温差电动势会增大？

为了提高热电偶测温的灵敏度，可以把n支相同类型的热电偶串联起来，相当于将n个电源同向串联，串联热电偶组的温差电动势为各支热电偶温差电动势的总和。在理想情况下，各热电偶的温差电动势相等，则总电动势为单支热电偶温差电动势的n倍。因此，对于串联热电偶组，测温时是以其总电势的1

在热电偶的分度表上查取对应的温度值。

n

但串联热电偶测温时要求n个热端必须同时放在相同待测介质中，n个冷端放在相同温度的冷端装置内。如果n个热端的温度不完全相同，如本实验中将3个温差电偶插入三个保温杯中，无法保证三个保温杯内水温完全相的总电动势得到的温度是各个测点的平均温度。实验中测得总温

同，则根据1

n

差电动势为-0.307mV，则−0.307mV÷3=−0.102mV即为三个测点的平均温度对应的温差电动势。

2.在图4中，金属A与金属B用多根导线取代，温差电动势是否会增大?

将金属A、B用多根导线取代，相当于将几支热电偶并联起来组成并联热电偶组。查资料知，并联热电偶组的输出电势是被并联的n支热电偶温差电势的平均值。此平均值的大小和各个热电偶的电阻值有关，其数值偏向电阻值较低的单支热电偶的电势值。并联热电偶组多用来测量很多点的平均温度，以克服对多点分别测量再予以平均的麻烦。使用并联热电偶组时，各支热电偶回路的电阻值应相等。

实验内容3：温差电偶定标与测温

实验步骤

1.把温差电偶板放入小烧杯内，小烧杯内放入开水，每隔一定时间用数码显示

测温仪测出水的温度，同时对应用毫伏表记下此时读数；

2.作电动势与温度关系简图；

3.用此温差电偶板去测量待测物体的温度，并与用数码显示测温仪测得的温度

进行比较（注意此时基准温度是室温，所以在定标后应马上测量验证）。

实验数据及处理

测得的电动势和温度如下表：

做出E-T图如下：

由图形知，数据点近似分布在一条直线上，因此利用Origin对其进行线性拟合，拟合结果如下：

相关系数R2=0.99825;

斜率k=(−842±6)×10−5mV/℃;

截距b=(0.159±0.003)mV;

故拟合所得直线为：E=(−842±6)×10−5T+(0.159±0.003)mV。