Загальна інформація
Застосування
Джерело фото: Umweltbundesamt
Модельний дослід із використання теплоти довкілля тепловим насосом на елементі Пельтьє
Холодильні машини та теплові насоси працюють особливо ефективно, коли теплий чи холодний бік утримують за сталої температури за допомогою великого накопичувача.
Ними можуть бути, наприклад, водяні накопичувачі або ж ґрунтові накопичувачі.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Якщо крізь елемент Пельтьє тече постійний струм, то один бік нагрівається, а другий охолоджується. При цьому температура теплого боку впливає на температуру холодного і навпаки.
Принцип
Якщо теплий бік утримувати за сталої температури великим накопичувачем, наприклад із води, то холодний бік охолоджується сильніше, ніж без накопичувача.
Інша інформація (2/2)
Вказівка
Сила струму в цьому досліді не має перевищувати 1 А. За більших сил струму елемент Пельтьє нагрівається надто сильно, тож температура на теплому боці попри водяну баню зростає. Відмінності в охолодженні без накопичувача й із ним стають через це меншими.
Завдання
У цьому досліді вимірюють температури під час роботи термогенератора без «водяного накопичувача» й з ним на теплому боці залежно від часу.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Щодо H- і P-формулювань звертайся до паспорта безпеки відповідної хімічної речовини.
Теорія
Джерело: wikipedia
Основа ефекту Пельтьє - контакт двох напівпровідників, які мають різний енергетичний рівень зон провідності (з провідністю p- або n-типу).
Якщо пропускати струм крізь два розташовані один за одним контакти цих матеріалів, то на одному контакті має поглинатися теплова енергія, щоб електрон потрапив до енергетично вищої зони провідності сусіднього напівпровідникового матеріалу, - отже, там відбувається охолодження.
На другому контакті електрон падає з вищого енергетичного рівня на нижчий, тож тут енергія віддається у вигляді тепла.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 | 2 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 2 | 3 | PHYWE Блок живлення, універсальний, RiSU 2019 DC: 0...18 В, 0...5 А / AC: 2/4/6/8/10/12/15 В, 5 А | 13504-93 | 1 | 4 | Термогенератор, 1 елемент Пельтьє | 04374-00 | 1 | 5 | Теплоізоляційна пластина, повсть, 100 x 135 мм | 04375-00 | 1 | 6 | Тримач для приладів із магнітними кріпленнями | 45525-00 | 1 | 7 | Мензурка, низька, 250 мл | 46054-00 | 1 | 8 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 2 | 9 | Занурювальний зонд, NiCr-Ni, нержавіюча сталь, -50...400°C | 13615-03 | 2 | 10 | З'єднувальний провідник, 750 мм, червоний | 07362-01 | 1 | 11 | З'єднувальний провідник, 750 мм, синій | 07362-04 | 1 |
|---|
Складання та виконання
Складання (1/2)
Складання без водяного накопичувача
- Зібрати дослід за рисунком.
- Покласти на тримач для приладів теплоізоляційну пластину, а на неї поставити термогенератор.
- Під'єднати термогенератор до виходу постійної напруги блока живлення.
Складання (2/2)
Складання з водяним накопичувачем
- Під'єднати обидва датчики температури до вимірювальних приладів ADM3 і вставити кожен у передбачені для цього отвори термогенератора.
- Мензурку на 250 мл і обидві мензурки на 400 мл наповнити водою до верхньої позначки й поставити напоготові.
Виконання (1/4)
Частина досліду 1
Термогенератор без водяного накопичувача
- На шкалі блока живлення встановити силу струму 1 А і напругу приблизно 3 В постійного струму.
- Увімкнути блок живлення.
- Щокожні 30 секунд записувати виміряне значення з обох датчиків температури (таблиця на наступній сторінці).
- Завершити вимірювання приблизно через 5 хв, коли температура червоного датчика більше не змінюється.
Виконання (2/4)
- Вимкнути блок живлення.
- Для охолодження поставити термогенератор обома боками в наповнені водою мензурки на 400 мл.
- Дочекатися вирівнювання температури.
Час Темп. Темп.
[хв] синій червоний
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Час Темп. Темп.
[хв] синій червоний
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
Виконання (3/4)
Частина досліду 2
Термогенератор із водяним накопичувачем на теплому боці
- Витерти термогенератор насухо.
- Поставити мензурку на 250 мл на тримач для приладів.
- Поставити термогенератор так, щоб коліно із синім гніздом занурювалося в мензурку.
- Знову вставити обидва датчики температури в отвори термогенератора; синє гніздо має бути температурою від'ємного полюса (синій).
Виконання (4/4)
- Увімкнути блок живлення.
- Знову записувати виміряні значення щокожні 30 секунд.
- Через 5 хвилин вимірювання слід завершити.
- Вимкнути блок живлення.
Час Темп. Темп.
[хв] синій червоний
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Час Темп. Темп.
[хв] синій червоний
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
Опрацювання результатів (1/2)
Перетягни слова у правильні поля! У разі використання водяного накопичувача температура на ____ боці майже зовсім більше не зростає. Температура ____ боку стає нижчою, ніж без накопичувача. Верхній рис. показує, що під час роботи термогенератора ____ температура на холодному боці через певний час лишається сталою. У другій частині, ____, температура спадає ще далі.
Опрацювання результатів (2/2)
- Визнач час до мінімуму температури при вимірюванні термогенератора без накопичувача
- Визнач зміни температури і після часу з 1)
-59bIZCeE.avif)