Інформація для викладачів
Опис
Експериментальна установка
Елемент Пельтьє (термогенератор) складається з багатьох термопар. Вони з'єднані електрично послідовно, а термічно паралельно, так що їхні термоелектричні напруги складаються.
Цей експеримент показує, що термогенератор може генерувати електричну енергію з теплової енергії. Термоелектрична напруга термогенератора залежить від різниці температур на елементах.
Великий акумулятор (алюмінієвий блок) може підтримувати різницю температур протягом тривалого часу стабільною ( тобто вищою), а отже, має переваги у процесі генерування енергії.
Додаткова інформація для викладачів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні бути знайомі з основними поняттями термодинаміки.
Принцип
У цьому експерименті елемент Пельтьє приводиться в дію і досліджується, як він виробляє електричний струм і які властивості має цей струм.
Додаткова інформація для викладачів (2/3)
Мета навчання
Учні знайомляться з тим, як виробляти електроенергію за допомогою термогенератора.
Завдання
- Термогенератор складається з так званого "елемента Пельтьє", встановленого між двома тонкими алюмінієвими пластинами.
- Зверніть увагу на те, що відбувається, коли алюмінієві пластини нагріваються або охолоджуються.
- Спробуйте запустити невеликий двигун за допомогою термогенератора.
- Крім того, тут є великий алюмінієвий блок. Дослідіть, яке значення він має.
Додаткова інформація для викладачів (3/3)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
Експеримент складається з декількох невеликих експериментів. Переконайтеся, що між ними залишається достатньо часу для того, щоб обидві сторони термогенератора знову охололи до кімнатної температури, і термоелектрична напруга наблизилася до нуля.
Роздайте кожній групі учнів невеликі шматочки льоду, щоб вони помістилися в порожній алюмінієвий стаканчик.
Результати дослідження залежать від температури навколишнього середовища, тому виміряні значення можуть відрізнятися від значень зразка. Однак загальний хід термоелектричної напруги залишається незмінним.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Багаття
Тепло - одна з найбільш інтуїтивно зрозумілих і поширених форм енергії, а також побічний продукт майже всіх фізичних процесів.
За допомогою термогенераторів можна перетворити цю поширену форму енергії на електричний струм і задовольнити постійно зростаючий попит на електроніку в повсякденному житті.
Типовим прикладом термогенератора є елемент Пельтьє, який використовує різницю температур для генерування електричного струму.
Завдання
Експериментальна установка
Термогенератор складається з так званого "елемента Пельтьє", встановленого між двома тонкими алюмінієвими пластинами.
Зверніть увагу на те, що відбувається, коли алюмінієві пластини нагріваються або охолоджуються.
Спробуйте запустити невеликий двигун за допомогою термогенератора.
Крім того, тут є великий алюмінієвий блок. Дослідіть, яке значення він має.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Теплогенератор для учнівських експериментів | 05770-00 | 1 |
| 2 | Двигун, 5 В, модуль SB | 05660-00 | 1 |
| 3 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 4 |
| 4 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 1 |
| 5 | Лабораторний хімічний стакан, світлий, алюміній | 05903-01 | 1 |
| 6 | Мензурка, низька, 100 мл, пластмаса | 36011-01 | 1 |
| 7 | Лабораторний термометр, -10..+110°C | 38056-00 | 1 |
| 8 | Секундомір, цифровий, 24 години, 1/ 100 с та 1 с | 24025-00 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
| 11 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 1 |
Підготовка
Рисунок 1
1. Для експерименту необхідні невеликі шматочки льоду. Покладіть їх у склянку об'ємом 100 мл.
2. Наповніть порожній стаканчик маленькими кубиками льоду і додайте трохи талої або холодної води (склянка не повинна бути заповнена водою більше, ніж наполовину).
3. Покладіть термогенератор на стіл так, щоб більша пластина була знизу, і підключіть елемент до входу напруги вимірювача (рис. 1). Виберіть діапазон вимірювання постійної напруги 2В-.
Виконання роботи (1/3)
Рисунок 2
Рисунок 3
1.Торкніться рукою лише верхньої пластини термогенератора (рис. 2). Запишіть у протоколі експерименту, яка напруга відображається - позитивна чи негативна.
2.Зачекайте, поки напруга знову стане приблизно між -10 мВ і +10 мВ.
Поставте порожній стаканчик з льодом на термогенератор (рис. 3). Спостерігайте і запишіть, чи є вказана напруга позитивною або негативною, після чого зніміть стаканчик з термогенератора.
3.Переверніть термогенератор так, щоб менша пластина лежала на столі. Зачекайте, поки напруга знову стане приблизно між -10 мВ і +10 мВ. Тепер повторіть щойно описані кроки експерименту.
Виконання роботи (2/3)
Малюнок 4
Малюнок 5
4.Зберіть електричне коло двигуна як показано на рис. 4.
5.Помістіть термогенератор на стіл так, щоб більша пластина була знизу. Підключіть двигун і термогенератор (рис. 5).
Поміняйте місцями входи напруги на вимірювальному приладі так, щоб на ньому відображалися позитивні значення.
6. Перемішуйте крижану воду в порожньому стакані, поки термометр не покаже приблизно від 0 °C до 1 °C (рис. 6). Додайте кілька шматочків льоду, якщо необхідно.
Малюнок 6
Виконання роботи (3/3)
Малюнок 7
Малюнок 8
7.Поставте стаканчик на термогенератор і запустіть секундомір (рис. 7). Спостерігайте за показаннями вимірювального приладу і двигуна, можливо, підштовхуючи двигун. Записуйте напругу і свої спостереження з інтервалом у 15 с.
8.Зніміть стакан з термогенератора. Нагрійте термогенератор до кімнатної температури руками і зачекайте, поки напруга знову не стане приблизно між -10 мВ і +10 мВ. Помістіть термогенератор на алюмінієвий блок і закріпіть його.
Спостерігайте за напругою і, за необхідності, знову зачекайте, поки вона не повернеться до нуля.
Знову перемішайте крижану воду в стакані і поставте його на термогенератор з алюмінієвим блоком (рис. 8).
9. Повторіть експеримент і запишіть результати.
Протокол
Завдання 1
Вставте слова в тексті в потрібне місце ____ використовується для створення різниці температур між двома ____ за допомогою ефекту Пельтьє. Для цього через напівпровідникові пластини необхідно пропустити ____. Однак цей ефект можна змінити на протилежний, якщо спочатку створити ____, а потім генерувати з неї електричний струм. Це явище називається ____.
Завдання 2
Що описує залежний від матеріалу і температури коефіцієнт Зеєбека?
Завдання на схемі: розташуйте підписи по місцях. Підписи: \eta; v; A; \rho; S_m(T); =; \Delta T; m; t; U; I. Місця на схемі: му; А/п.
= час, = ККД, = швидкість, = напруга, = площа поверхні контакту, = густина повітря, = сила струму, =різниця температур, = маса
Завдання 3
Питання