Τι είναι ένα θερμοστοιχείο και πώς λειτουργεί

Τα θερμοστοιχεία υπάρχουν λόγω ενός τέτοιου φαινομένου, όπως η διαφορά δυναμικού επαφής. Εάν δύο διαφορετικοί στερεοί αγωγοί ή ημιαγωγοί τεθούν σε στενή επαφή μεταξύ τους, σχηματίζονται διαχωρισμένα ηλεκτρικά φορτία κοντά στον τόπο της επαφής τους. Σε αυτή την περίπτωση, στα εξωτερικά άκρα αυτών των αγωγών θα προκύψει διαφορά δυναμικού. Αυτή η δυνητική διαφορά θα είναι ίση με τη διαφορά στη συνάρτηση εργασίας για κάθε μέταλλο διαιρούμενη με το φορτίο ηλεκτρονίων

Είναι σαφές ότι αν κλείσετε ένα τέτοιο ζευγάρι σε ένα δαχτυλίδι, το EMF που προκύπτει θα είναι μηδέν, αλλά αν από τη μία πλευρά παραμένει ανοιχτό, τότε θα υπάρχει πραγματικό EMF, που κυμαίνεται από δέκατα του βολτ σε μονάδες volts, ανάλογα με το τι αυτό είναι για τα υλικά.

Φυσικά, δεν είναι δυνατή η μέτρηση της διαφοράς δυναμικού επαφής με ένα βολτόμετρο, ωστόσο, θα εκδηλωθεί με το χαρακτηριστικό της τρέχουσας τάσης, για παράδειγμα, εκδηλώνεται σε ένα τρανζίστορ και στη δίοδο στη σύνδεση p-n.

Η κατώτατη γραμμή είναι ότι όταν δύο μέταλλα έρχονται σε επαφή, το σύστημα εξέρχεται από την ισορροπία, επειδή τα χημικά δυναμικά αυτών των δύο μετάλλων δεν είναι ίσα το ένα με το άλλο, με αποτέλεσμα τα ηλεκτρόνια να διαχέονται προς την κατεύθυνση της μείωσης της ενέργειας τους, ηλεκτρικού δυναμικού των μέταλλα σε επαφή. Έτσι στην περιοχή που έρχεται σε επαφή με κοντά, η ανάπτυξη του ηλεκτρικού πεδίου αρχίζει, και ως αποτέλεσμα έχουμε αυτό που έχουμε.

Αν τώρα εξετάσουμε και πάλι αυτούς τους δύο αγωγούς διαφορετικών μετάλλων, κλείνουμε μόνο σε ένα δαχτυλίδι, όταν το σύνολο emf σε ένα κλειστό κύκλωμα γίνει μηδέν, τότε έχουμε δύο σημεία επαφής. Θα ονομάσουμε αυτές τις συνδέσεις.

Έτσι, υπάρχουν δύο διασταυρώσεις δύο διαφορετικών αγωγών. Τι γίνεται αν προσπαθήσετε να θερμαίνετε έναν από τους κόμβους και αφήστε το δεύτερο σε θερμοκρασία δωματίου; Προφανώς, επειδή τα συνδεδεμένα μέταλλα είναι διαφορετικά και υπάρχει διαφορά δυναμικού επαφής σε κάθε ένωση, οι κόμβοι θα παρουσιάσουν διαφορετικές αποκλίσεις του EMF σε διαφορετικές θερμοκρασίες.

Το πείραμα αποδεικνύει ότι η δυνητική διαφορά μεταξύ των κόμβων θα είναι ανάλογη της διαφοράς στις θερμοκρασίες τους, ώστε να μπορείτε να εισάγετε τον συντελεστή της αναλογικότητας, ο οποίος ονομάζεται θερμο-EMF. Για διαφορετικά θερμοστοιχεία, το θερμο-EMF θα είναι διαφορετικό.

Αν η τάση μετρηθεί στο πλαίσιο ενός τέτοιου δακτυλίου, τότε σε μια ορισμένη περιοχή θερμοκρασιών θα αποδειχθεί σχεδόν αυστηρά ανάλογη με τη διαφορά θερμοκρασίας των συνδέσμων. Ακόμη και αν αφήσετε μόνο μια διασταύρωση (όπως φαίνεται στο σχήμα) και θερμαίνετε μόνο και μετρήσετε την τάση μεταξύ δύο άκρων που βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία δωματίου, μπορείτε ακόμα να βρείτε μια πολύ σαφή εξάρτηση του EMF στην τρέχουσα θερμοκρασία διασταύρωσης. Έτσι λειτουργούν τα θερμοστοιχεία.

Το περιγραφόμενο φαινόμενο αναφέρεται στο θερμοηλεκτρικό και το ίδιο το αποτέλεσμα, με βάση το οποίο λειτουργούν όλα τα θερμοστοιχεία, καλείται Effect Seebeck, προς τιμήν του ανακαλύπτω του - Θωμάς Σεμπεμπέκ. Σήμερα μπορείτε να συναντήσετε βιομηχανικά θερμοζεύγη, στα οποία, ανάλογα με την απαιτούμενη μετρούμενη περιοχή θερμοκρασιών, τα ηλεκτρόδια είναι κατασκευασμένα από ειδικά επιλεγμένα κράματα.

Για παράδειγμα, τα θερμοστοιχεία που κατασκευάζονται από χρώμιο και κράματα αλουμινίου έχουν συντελεστή θερμο-emf 40 μV ανά ° C και έχουν σχεδιαστεί για τη μέτρηση θερμοκρασιών από 0 έως + 1100 ° C. Ένα ζευγάρι χαλκού-constantan, τόσο δημοφιλές ως εργαλείο επίδειξης, σας επιτρέπει να μετράτε θερμοκρασίες από -185 έως + 300 ° C.

Το θερμικό EMF εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη συγκεκριμένη διαφορά θερμοκρασίας, επομένως, για να αξιολογούνται οι παράμετροί του, είναι σκόπιμο να χρησιμοποιηθεί το τραπέζι, για παράδειγμα, σε θερμοκρασία ψυχρού συνδέσμου 0 ° C, σε διαφορά θερμοκρασίας 100 μοιρών, η διαφορά δυναμικού του ζεύγους χαλκού-σταθερού θα είναι περίπου 4,25 mV.