設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置來研究溫差電動(dòng)勢(shì)

頓中萬

摘要：溫差電動(dòng)勢(shì)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中具有動(dòng)手性強(qiáng)，可操作性等一系列的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)裝置也比較簡單，我們只需要兩種不同的金屬組成閉合回路，如果兩接觸點(diǎn)的溫度不同，回路中就產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)。這是熱電偶溫度計(jì)的工作原理。熱電偶溫度計(jì)熱慣性小，反應(yīng)快，可以測(cè)量較高的溫度。而且以電勢(shì)的形式輸出測(cè)量結(jié)果，便于測(cè)量和處理。因而得到了廣泛的應(yīng)用。熱電偶溫度計(jì)必須通過定標(biāo)，即測(cè)出溫差電動(dòng)勢(shì)與溫度之間的關(guān)系。

Abstract： Thermoelectromotive force in college physics experiment has characteristics of strong practicality， operability and so on. The experimental device is simple. We only need two dissimilar metals to form closed loops. If the temperature of the two contact points are different， thermoelectromotive force is produced in the loop. This is the working principle of thermocouple thermometer. Thermocouple thermometer has small thermal inertia and fast response， and can be used to measure high temperatures. And the measurement results are output in the form of potential， which is convenient for measurement and processing. Thus it has been widely used. Thermocouple thermometer must pass the calibration， i.e. measuring the relationship between temperature difference electromotive force and temperature.

關(guān)鍵詞：熱端溫度；冷端溫度；溫差；電動(dòng)勢(shì)

Key words： hot end temperature；cold end temperature；temperature difference；electromotive force

中圖分類號(hào)：TM913 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）08-0224-02

0 引言

溫差電動(dòng)勢(shì)最早是由德國物理學(xué)家塞貝克發(fā)現(xiàn)的，根據(jù)兩種不同導(dǎo)體（如銅和康銅）組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接觸點(diǎn)處于不同溫度時(shí)，在湯姆遜效應(yīng)和鉑耳貼效應(yīng)的共同作用下，接觸點(diǎn)間將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，回路中會(huì)出現(xiàn)電流，此現(xiàn)象稱為溫差電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為賽電動(dòng)勢(shì)，也稱為溫差電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)溫差電動(dòng)勢(shì)獲得穩(wěn)定的電源已經(jīng)在半導(dǎo)體，航空方面獲得了突破。溫差電效應(yīng)與其它制冷設(shè)備比較具有取材方便，簡單，冷卻速度快，無污染，所以應(yīng)用前景十分廣闊。為了在教學(xué)中讓學(xué)生了解溫差電動(dòng)勢(shì)的獲得，我們自制了一個(gè)簡易的實(shí)驗(yàn)裝置，用冰水作為冷端，加熱的熱水作為熱端，每隔五分鐘來觀察溫度上升的情況來讀出萬用表所顯示的電動(dòng)勢(shì)，演示的過程十分清楚，讓學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象有了最直觀的認(rèn)識(shí)。激發(fā)了學(xué)生的求知欲。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

熱電偶一支，杜瓦瓶一個(gè)，電熱杯一個(gè)，溫度計(jì)（量程0℃～100℃，分度值0.2℃）一支；四位半數(shù)字萬用表一臺(tái)，搪瓷缸兩個(gè)，導(dǎo)線若干。如圖1。

2 實(shí)驗(yàn)原理

兩種相接觸的不同金屬的接觸面兩側(cè)出現(xiàn)的電位差，稱接觸電位差。接觸電位差的數(shù)值與接觸面的溫度有關(guān)。將兩種金屬絲，例如銅絲和康銅（銅鎳合金）絲的兩端焊接形成一個(gè)回路，如圖2，當(dāng)兩端焊點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，由于接觸電位差大小不同，極性相反，回路中將產(chǎn)生合成電動(dòng)勢(shì)，稱為溫差電動(dòng)勢(shì)。熱電偶就是依靠溫差電動(dòng)勢(shì)工作的器件，它廣泛用于溫度測(cè)量和溫差發(fā)電等。熱電偶工作時(shí)高溫端稱為工作端或熱端，低溫端稱自由端或冷端。熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)等于熱端和冷端接觸電勢(shì)差之差，其極性由工作端接觸電位差決定。

4 結(jié)論

溫差電動(dòng)勢(shì)實(shí)驗(yàn)裝置由于其良好的可操作行，使實(shí)驗(yàn)的方法有了諸多的選擇，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行探討深究實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題和提高實(shí)驗(yàn)精度的方法，并且在實(shí)驗(yàn)中掌握了相應(yīng)的理論知識(shí)，掌握了實(shí)驗(yàn)所需要的方法，用理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)豐富理論達(dá)到了對(duì)知識(shí)的探究能力的目的。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中通過控制熱端和冷端之間的溫度來獲得電動(dòng)勢(shì)，從而很好的描述了電動(dòng)勢(shì)和時(shí)間之間的函數(shù)關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]高守雙.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1990.

[2]李天應(yīng).物理實(shí)驗(yàn)[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1992.

[3]丁慎訓(xùn)，張孔時(shí).物理實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，1992.

[4]王紅理，黃麗清.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.