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 дізнаються, як температура впливає на струм, що генерується термогенератором.
Завдання
Дослідіть зв'язок між термоелектричною напругою та різницею температур на термогенераторі.
Додаткова інформація для викладачів (3/3)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
Під час експерименту слід подбати про те, щоб термометр в алюмінієвому блоці добре контактував з металом і не хитався. Тому рекомендується розміщувати його на захисній гільзі. Кращого контакту і фіксації, а отже, точніших показників температури можна досягти за допомогою теплопровідної пасти.
Однак, оскільки в цьому експерименті потрібно показати лише пропорційність між різницею температур і термоелектричною напругою, де константа пропорційності є несуттєвою, теплопровідна паста не обов'язкова.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Крупним планом кубоподібні напівпровідники зламаного елемента Пельтьє
Температура - це не що інше, як статистичний опис середньої кінетичної енергії молекул і атомів матеріалу.
Чим тепліша речовина, тим швидше рухаються молекули та атоми.
Тому існує різниця в енергії між холодною і теплою речовиною.
У цьому експерименті досліджується вплив цієї різниці температур на перетворення в електричний струм за допомогою термогенератора, наприклад, елемента Пельтьє.
Завдання
Експериментальна установка
Дослідіть зв'язок між термоелектричною напругою та різницею температур на термогенераторі.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Теплогенератор для учнівських експериментів | 05770-00 | 1 |
| 2 | Лабораторний хімічний стакан, світлий, алюміній | 05903-01 | 1 |
| 3 | Лабораторний термометр, -10..+110°C | 38056-00 | 2 |
| 4 | Секундомір, цифровий, 24 години, 1/ 100 с та 1 с | 24025-00 | 1 |
| 5 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 |
| 6 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 1 |
Підготовка (1/2)
1. Термогенератор складається з алюмінієвого блоку, елемента Пельтьє і жовтого затискача. Покладіть алюмінієвий блок тильною стороною на стіл (рис. 1).
2.Прикріпіть елемент Пельтьє до алюмінієвого блоку за допомогою жовтого затискача (рис. 2).
3. Підключіть термогенератор до мультиметра і використовуйте діапазон постійної напруги до 2 В (рис. 3 і рис. 4).
Рисунок 1
Рисунок 3
Рисунок 2
Рисунок 4
Підготовка (2/2)
4.З однієї сторони алюмінієвого блоку є отвір для вимірювання температури (рис. 5).
5. Вставте один з двох термометрів у цей отвір і переконайтеся, що вимірювальний наконечник термометра торкається алюмінієвого блоку (рис. 6).
6.Щоб термометр не вислизнув з отвору під час експерименту, можна покласти інший кінець термометра, наприклад, на чохол, в якому він зберігається в коробці (рис. 7).
7.Поставте стакан на елемент Пельтьє (рис. 8).
Рисунок 5
Рисунок 7
Рисунок 6
Рисунок 8
Виконання роботи
Рисунок 9
Рисунок 10
1.Попросіть вчителя налити у Вашу склянку гарячу воду. Виміряйте температуру води другим термометром. Коли вода охолоне приблизно до 55°C, можете наливати її в стаканчик, поки вона не заповниться майже до верху (мал. 9).
2.Тепер помістіть термометр, яким Ви вимірювали температуру води, у стакан, не даючи воді перелитися через край (рис. 10).
3.Переконайтеся, що можна зчитувати температуру на обох термометрах, не торкаючись їх. Тепер увімкніть секундомір і вимірюйте термоелектричну напругу на термогенераторі, температуру води і температуру алюмінієвого блоку щохвилини протягом 15 хвилин і записуйте значення.
Протокол
Завдання 1
Вставте слова в тексті в потрібне місце Температура впливає на ____ кількома різними способами. По-перше, властивість речовини генерувати ____, що описується ____, залежить від ____. Щоб розрахувати термоелектричну напругу, необхідно обчислити різницю двох температурнозалежних коефіцієнтів Зеєбека за ____.
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
Завдання 4
Для простоти припустимо, що S_{Alu}(T) = 3.5мкВ/К і S_{Rod}(T) = 6мкВ/К. Тепер обчислимо термоелектричну напругу між родієм та алюмінієм при температурах T_{Rod}=250K і T_{Alu}=240K. Результат: ____ мкВ
Завдання 5
Питання