1. Studiul fenomenului de contact al a două metale diferite.
2. Studiul efectelor termoelectrice.
3. Studiul metodei de măsurare a diferenței de temperatură între două corpuri cu termocuplu.
Electronii liberi din metal sunt în mișcare dezordonată. Cu toate acestea, ei nu pot ieși din ea, deoarece la ieșirea de pe suprafața metalului electronul poartă cu ea încărcătura negativă. Aceasta conduce la faptul că metalul din locul unde a ieșit electronul este încărcat pozitiv, iar electronul își păstrează forța de atracție în apropierea suprafeței. Din acest motiv, un metal subțire de electroni apare între metal și spațiul din jur, care împreună cu ionii metalici încărcați pozitiv formează un strat dublu electric, similar unui condensator foarte subțire.
Lucrul A, care trebuie efectuat de un electron, pentru a depăși această barieră potențială și a ajunge la suprafața metalului, se numește funcția de lucru. Diferența potențială # 916; # 966; între plăcile unui astfel de condensator se numește potențialul de ieșire, saltul de suprafață al potențialului sau diferența de potențial de contact între metal și mediul înconjurător și
unde e este o sarcină elementară.
Figura 1 prezintă o diagramă a nivelurilor de energie a benzii de conducție la 0 K. La fiecare nivel de energie, conform principiului Pauli, există doi electroni. Electronii cu cea mai mare energie sunt aproape de nivelul EF Fermi. Dacă E0 este adâncimea puțului potențial, atunci funcția de lucru a ieșirii A. Adică cea mai mică energie pe care electronul trebuie să o comunice pentru a o scoate din metal este:
Funcția de lucru depinde de tipul de metal, de starea (puritatea) suprafeței sale și, deși slab, de temperatura. Atunci când sunt combinate două metale diferite, energia electronului care corespunde nivelurilor Fermi ale ambelor metale devine identică datorită faptului că unii dintre electronii de la metal 1 merg la nivelurile scăzute de energie ale metalului 2 (figura 2). Metalul 1 lângă contact este încărcat cu o sarcină pozitivă, iar metalul 2 - negativ. Diferența potențială între punctele din apropierea suprafeței dincolo de limitele lor U12 = # 966; 2 - 1 se numește diferența de potențial de contact extern și diferența de potențial dintre punctele interne ale metalelor din apropierea contactului
se numește diferența de potențial de contact intern.
În 1777, fizicianul italian A. Volta a stabilit experimental următoarele două legi:
2. Diferența de potențial între capetele circuitului deschis alcătuit din mai multe conductori metalici interconectate secvențial având aceeași temperatură, indiferent de prezența conductoarelor intermediare și egală cu diferența de potențial de contact care rezultă din conductori direcți terminale de contact.
Din punct de vedere clasic, unul dintre motivele apariției diferenței de potențial de contact poate fi explicat prin concentrația diferită a electronilor liberi în diferite metale. Fie n1> n2 (a se vedea figura 3), unde n1. n2 este concentrația de electroni liberi în primul și al doilea metale departe de punctul de contact. Să izolăm un strat subțire de grosime dx în zona de contact metalică și să calculam presiunea gazului de electroni pe situl dS. utilizând formula clasică pentru cuplarea presiunii gazului și concentrația moleculelor sale
unde p este presiunea, k este constanta Boltzmann, iar T este temperatura absoluta.
Diferența de presiune din dreapta și din stânga stratului dx:
unde dn este schimbarea concentrației de electroni în stratul dx.
Forța de presiune pe platforma dS:
Forța de presiune este compensată de forța electrică
unde dq este sarcina care traversează locul dS datorită deviației electronului liber; E este puterea câmpului electric în stratul dx.
Având în vedere acest lucru. a. obținem:
unde d # 966; Este diferența de potențial în stratul dx.
Ecuating (4) și (5), obținem:
Dacă formăm un lanț închis de două metale diferite (Figura 4), atunci el poate fi privit ca un lanț format din două EMF-uri E1 și E2. direcționate unul către celălalt. Rolul acestor EMF va fi realizat prin diferențele potențiale de contact care apar la intersecțiile acestor metale.
Curentul din acest circuit este, conform legii lui Ohm, egal cu
unde R este rezistența conductorilor. Dacă temperatura joncțiunilor este aceeași, atunci E2 - E1 = 0 și I = 0.
În cazul în care. atunci curentul va curge de-a lungul lanțului. Acest fenomen a fost descoperit în 1821 de Seebeck și, prin urmare, poartă numele său. Emf-ul termic al unui termocuplu poate fi calculat folosind expresia (6) pentru joncțiunile la temperaturile T1 și T2 (Figura 4)
Valoarea este notată și numită constantă termocuplu.
Dacă dependența de temperatură a cantității poate fi neglijată, atunci
Termocuplurile sunt folosite pentru măsurarea diferenței de temperatură. Dacă două conductoare diferite de lipire capătul (sudură, conectați, etc.), unele cu altele, iar celelalte două capete libere conectate la bornele dispozitivului de măsurare, cantitatea va fi determinată de dispozitivul de măsurare a diferenței de temperatură joncțiune termoelectric și terminal, în mod tipic o temperatură a camerei. Conductorii sunt selectați astfel încât într-un anumit interval de temperatură să nu depindă de temperatură. Constanta unuia dintre aceste termocupluri trebuie determinată în această lucrare.
Trimiteți-le prietenilor: