Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Коли стикаються два різні метали, через різну роботу виходу електронів із поверхні металу виникає контактна напруга. Значення цієї напруги залежить від температури, бо зі зростанням температури електрони дістають більше енергії руху.
За цим принципом працює термопара. Отже, за допомогою такої термопари можна вимірювати температуру. Їх можна застосовувати навіть за дуже високих температур, наприклад для вимірювання температури топкових установок у промисловості або ж газової плити на кухні.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні мають бути обізнані як із бутановим пальником і термометром, так і з приладом для вимірювання напруги.
Принцип
Термопара складається з пари різних металів, наприклад заліза та константану. Якщо два контактні спаї термопари довести до різної температури, то різницю контактних напруг можна виміряти як термонапругу. Саме це учні виконають у цьому досліді для різних різниць температур і встановлять при цьому лінійну залежність між температурою та напругою.
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
У цьому досліді учні мають ознайомитися з принципом дії термопари.
Вони мають з'ясувати, що для вимірювання термопарою завжди важливі 2 спаї - вимірювальний спай і порівняльний спай. (У готових термопарах порівняльний спай найчастіше міститься у штекері.)
Вони мають поспостерігати, що термонапруга зростає з температурою приблизно лінійно.
Завдання
Як працює термопара?
Виготов із залізного та константанового дроту термопару й дослідь, як її можна застосувати для вимірювання температур.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Такі напруги виникають і при під'єднанні вимірювального приладу до провідника. Проте вони взаємно компенсуються (тобто не спотворюють результат вимірювання), якщо обидва підвідні проводи до вимірювального приладу зроблені з того самого матеріалу.
Якщо термонапруги не виникають, слід перевірити якість контактних спаїв. Кінці дротів мають бути добре зачищені до блиску. Скручені дроти варто додатково стиснути пасатижами, щоб обидва термодроти мали добрий контакт.
Виконується: і
Схема термопари
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні вказівки щодо безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Під час нагрівання води штативне кільце та дротяна сітка дуже сильно нагріваються!
Інформація для учнів
Мотивація
Газова плита
Звичайні термометри, які стоять у саду, - це рідинно-газові термометри, що ґрунтуються на тепловому розширенні рідин. Проте температуру можна вимірювати й іншим способом - термопарою. Цей метод застосовують, наприклад, у газових плитах, щоб перевіряти температуру полум'я.
Як саме працює це вимірювання, ти дізнаєшся за допомогою цього досліду.
Завдання
Як працює термопара?
Виготов із залізного та константанового дроту термопару й дослідь, як її можна застосувати для вимірювання температур.
Схема досліду
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 | 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 | 3 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 1 | 4 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 | 5 | Тримач для скляної трубки | 05961-00 | 1 | 6 | Кільце із затискачем, внутр. діам. 10 см | 37701-01 | 1 | 7 | Дротяна сітка з керамікою, 160 x 160 мм | 33287-01 | 1 | 8 | Стрижень - мішалка | 04404-10 | 1 | 9 | Мензурка, низька, 250 мл | 46054-00 | 1 | 10 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 | 11 | Навчальний термометр, -10...+110 °C | 38005-02 | 1 | 12 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 1 | 13 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 | 14 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 | 15 | Затискач типу "Крокодил", без ізоляції, 10 шт. | 07274-03 | 1 | 16 | Бутановий пальник Labogaz 206 | 32178-00 | 1 | 17 | Бутановий картридж, без вентиля, 190 г | 47535-01 | 1 | 18 | Константановий дріт | 06102-00 | 1 | 19 | Залізний дріт, d = 0,5 мм, l = 50 м | 06105-00 | 1 | 20 | Кульки для кипіння, 200 г | 36937-20 | 1 |
|---|
Складання (1/6)
Збери дослід відповідно до рисунків у порядку зліва направо.
Складання (2/6)
Складання (3/6)
Відріж від константанового дроту 1 шматок і від залізного дроту 2 шматки завдовжки приблизно по 70 см.
Зачисть кінці дротів наждачним папером до блиску.
Міцно скрути кожен кінець константанового дроту із залізним дротом.
Скручені кінці варто ще стиснути пасатижами, щоб поліпшити контакт.
Складання (4/6)
Подрібни лід молотком, попередньо загорнувши його в тканину, щоб не розліталися уламки.
Наповни великий хімічний стакан приблизно наполовину льодом.
Додай 2 кип'ятильні камінці.
Складання (5/6)
Долий стільки холодної води, щоб лід був щойно вкритий.
Наповни малий хімічний стакан приблизно наполовину якомога холоднішою водопровідною водою (нижче 20 °C).
- Встав один контактний спай у крижану воду, другий - у водопровідну воду, так щоб вони повністю були у воді.
- Перегни дроти через край стакана так, щоб вони не вислизали.
Складання (6/6)
2
Під'єднай вимірювальний прилад згідно з наведеними рисунками й встанови діапазон вимірювання постійної напруги 100 мВ.
3
1
Повністю зібрана установка
Виконання (1/2)
1. Зчитай показане значення вимірювання. За потреби зміни полярність приладу. Нагрій воду до кипіння. Перемішуй при цьому, щоб на термометрі й на дроті була однакова температура води. Вимірюй при цьому термонапругу з кроком 20 °C і заноси виміряні значення до таблиці в протоколі.
2. Вийми порівняльний спай із крижаної води й тримай його теж у гарячій воді (пор. рис. праворуч). Зчитай термонапругу й запиши значення в протокол.
Виконання (2/2)
3. Знову занур порівняльний спай у крижану воду. Тримай вимірювальний спай якомога повніше в полум'ї. Запиши термонапругу.
Протокол
Завдання 1
1. Дослід: Температура порівняльного спаю - 0 °C (крижана вода). Занеси термонапругу до таблиці.
T в °C
T в °C
T в °C
T в °C
T в °C
у °C
U в мВ
U в мВ
U в мВ
U в мВ
U в мВ
в мВ
Нанеси свої виміряні значення на діаграму, де напруга відкладена на осі y.
Завдання 2
Питання
3. Дослід: Запиши своє виміряне значення
U в мВ
Температура порівняльного спаю: 0 °C (крижана вода)
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Перетягни слова у правильні поля! Вимірювальна крива з діаграми дає чутливість термопари 1 мВ на ____, тобто 0,05 мВ на ____, або ж 0,05 мВ/°C. Температура полум'я становить близько ____. Оскільки контактний спай цієї простої термопари відносно довгий, можна виміряти лише ____ температури полум'я, а не розподіл температури.