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.
Замість того, щоб використовувати термогенератор для перетворення теплової енергії в електричну, в цьому експерименті демонструється ефект Пельтьє. Він полягає в тому, що струм, який протікає через елемент Пельтьє, змушує одну з пластин елемента Пельтьє нагріватися, а іншу - охолоджуватися.
Чим вища сила струму, тим швидше нагріваються або охолоджуються обидві пластини.
Додаткова інформація для викладачів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні бути знайомі з основними поняттями термодинаміки.
Принцип
У цьому експерименті використовується елемент Пельтьє і досліджується, як можна створити різницю температур за допомогою електричного струму.
Додаткова інформація для викладачів (2/3)
Мета навчання
Учні дізнаються, як елемент Пельтьє можна використовувати для охолодження.
Завдання
На елемент Пельтьє термогенератора ставлять стакан з водою. Якщо через цей елемент Пельтьє пропустити електричний струм з правильною полярністю, верхня пластина елемента Пельтьє почне охолоджувати воду.
Додаткова інформація для викладачів (3/3)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
Слід подбати про те, щоб елемент Пельтьє не пропускав електричний струм занадто довго, коли він залишається без нагляду, оскільки він продовжував би постійно нагріватися і зазнавав би пошкоджень.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Інформація для студентів
Мотивація
Система кондиціонування автомобіля
Системи кондиціонування повітря є стандартним обладнанням в автомобілях, а також можуть бути встановлені в різних будівлях.
Технологія цілеспрямованої генерації холоду також має велике значення в холодильниках, морозильних камерах і багатьох промислових процесах, і існує багато різних способів досягти цього.
Одним з них є струмопровідний елемент Пельтьє, який можна використовувати для створення різниці температур.
Цей експеримент ближче знайомить нас з цим фізичним явищем.
Завдання
Експериментальна установка
На елемент Пельтьє термогенератора ставлять стакан з водою. Якщо через цей елемент Пельтьє пропустити електричний струм з правильною полярністю, верхня пластина елемента Пельтьє почне охолоджувати воду.
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 | Мензурка, низька, 100 мл, пластмаса | 36011-01 | 1 |
| 5 | Секундомір, цифровий, 24 години, 1/ 100 с та 1 с | 24025-00 | 1 |
| 6 | Подвійні гнізда, 1 пара, червоне та чорне | 07264-00 | 1 |
| 7 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 8 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 9 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Підготовка (1/2)
1. Прикріпіть елемент Пельтьє до алюмінієвого блоку за допомогою жовтого затискача (рис. 1). Зверніть увагу, що менша сторона елемента Пельтьє знаходиться зверху.
2. Тепер підключіть термогенератор до блоку живлення за допомогою двох подвійних вилок і з'єднувальних провідників (рис. 2). Блок живлення вимкнений. Переконайтеся, що червоний провідник термогенератора підключений до негативного полюса блоку живлення ( синій роз'єм), а чорний провідник - до позитивного полюса ( червоний роз'єм).
3. Поверніть регулятор сили струму до 1 А, а регулятор напруги до упору (рис. 3).
Рисунок 1
Рисунок 3
Рисунок 2
Рисунок 4
Підготовка (2/2)
4.З однієї сторони алюмінієвого блоку є отвір для вимірювання температури (рис. 4).
5. Вставте один з двох термометрів у цей отвір і переконайтеся, що вимірювальний наконечник термометра торкається алюмінієвого блоку (рис. 5).
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. 6).
7. Корисно провести контрольні вимірювання за допомогою інфрачервоного термометра (рис. 7).
8.Тепер занурте у воду другий термометр (рис. 8).
Рисунок 5
Рисунок 7
Рисунок 6
Рисунок 8
Виконання роботи (1/2)
Рисунок 9
Малюнок 10
1.Виміряйте температуру води та температуру алюмінієвого блоку (у момент часу ) і запишіть їх. Тепер увімкніть блок живлення і запишіть температури і у моменти часу t = 1,2,3,4,5 хвил. у протокол експерименту (рис. 9).
2.Вимкніть джерело живлення, вилийте воду з стакана і поставте елемент Пельтьє на стіл. Зачекайте, поки алюмінієвий брусок знову охолоне. Потім повторіть вимірювання зі струмом 0,5 А і запишіть виміряні значення.
3.Вимкніть блок живлення, вилийте воду з стакана і поставте елемент Пельтьє на стіл. Поміняйте місцями з'єднувальні провідники на блоці живлення (рис. 10).
Виконання роботи (2/2)
Малюнок 11
4.Візьміть елемент Пельтьє в руку. Увімкніть джерело живлення і спостерігайте за температурою на елементі Пельтьє (рис. 11). Запишіть свої спостереження.
5.Знову вимкніть блок живлення.
Протокол
Завдання 1
Виберіть правильне слово в дужках Тепловий розділення відбувається завдяки ( ефект Пельтьє / ефект Зеєбека). Коли електричний струм протікає між двома (напівпровідниками/ споживачами) з різними енергетичними рівнями, вільний електрон зустрічає потенційний бар'єр в точці контакту між двома напівпровідниками, який він долає, поглинаючи (світлову / теплову) енергію з речовини. Це призводить до охолодження першого напівпровідника. Високоенергетичний (електрон / протон) знову вивільняє тепло за потенційним бар'єром і, таким чином, нагріває другий напівпровідник.
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання