在金屬和半導體中存在電位差時產生電流，存在溫差時產生熱流。從電子論的觀點來看，不論電流還是熱流都與電子運動有關，故電位差、溫度差、電流、熱流之間會存在交叉關系，這就構成了熱電效應。 溫差電動勢一般表示為： 式中的α、β為溫差電動勢的系數。在一定的溫度范圍內，溫差電動勢與溫差是成正比，即兩種金屬構成回路有賽貝克效應，兩種半導體構成回路同樣有溫差電動勢產生，而且效應更為顯著。在金屬中溫差電動勢約為幾微伏每度，而在半導體中常為幾百微伏每度，甚至達到幾毫伏每度。因此金屬的賽貝克效應主要用于溫度測量，而半導體則用于溫差發電。金屬賽貝克效應測溫中，鉑-鉑銠熱電偶可用至高達 實驗目的 1.掌握電位差計的工作原理及使用方法。 2.了解熱電偶的原理及制作。 3.用電位差計測熱電偶的溫差電系數。 實驗儀器 UJ-36型電位差計（1號1.5V電池4節，9伏電池2節）、熱電偶及加熱裝置、調壓器。 實驗原理 1.熱電偶測溫原理，如圖1所示： 把兩種不同的金屬兩端彼此焊接組成閉合回路，若兩接點的溫度不同，回路中就產生溫度差電動勢。這兩種金屬的組合叫熱電偶。溫差電動勢的大小除了和組成的熱電偶材料有關外，還決定于兩接點的的溫度差。將一端的溫度t0固定(稱為冷端，實驗中利用冰水混合物)，另一端的溫度t改變(稱為熱端)，溫差電動勢亦隨之改變。電動勢和溫差的關系較復雜，其第一級近似式為 E＝α(t -t0） 式中α稱為熱電偶的溫差電系數，其大小取決于組成熱電偶的材料。 熱電偶可以用電測量溫度。用一只已知α值的熱電偶，一端溫度固定不變，另一端與待測物體接觸，再用電位差計測出熱電偶回路的電動勢，就可以求出待測溫度。 由于溫差電動勢較低，因此在實驗中利用電位差計來測量。 2.電壓補償法發原理 電位差計是利用電壓補償原理而設計的電壓測量工具。先來談一下補償原理，如圖2所示，要知道電阻R兩端的電壓，一般用一只電壓表并到電阻R兩端就可以知道其電壓值，但電壓表有內阻，電壓表顯示的電壓值小于真實值 關鍵問題：既要測量出電阻R兩端的電壓值，又不影響被測電路的特征。下面借助外部電路來完成，如圖3所示。圖中E2為可調電動勢，E2與電壓表構成第二個回路，電壓表顯示E2的路端電壓UCD。當UCD<UAB時，按下電鍵T，電流計中有電流通過，方向A→B；當UCD>UAB時，按下電鍵T，電流計中有電流通過，方向A←B；當UCD=UAB時，按下電鍵T，電流計中無電流通過，兩回路中無能量交換，此狀態被稱為“補償態”，回路2中電壓表顯示的就是回路1中電阻R兩端的電壓。 在實際電路中實現可變電壓的通常采用滑線變阻器得分壓作用，如圖4所示。 3.電位差計工作原理 電位差計工作原理圖如圖5所示，回路1為工作回路，回路2為校準電流回路，回路3為測量回路。 在電位差計設計過程中，為了定標方便，工作回路的電流一般為10nA（如 在測量時，將K擲向x，調節R的滑動片的位置，若在某一位置，其分得電壓U（=I×Rx）和被測回路達到補償，即Vx=U=I×Rx。對于測量儀器，讀出的數據不應是電阻(Rx)值，而是通過簡單計算得到被測量的電壓值Vx（=0.01×Rx）。 實驗內容 1.連接電路 將熱電偶的電壓端接到電位差計上“未知”端。注意極性，對銅-康銅熱電偶中康銅斷開，對應冷端為正，相反為負。 電路如圖6所示 2.校準工作電流 先將電位差計上功能開關 K調至“標準”，調節面板右上角的“電流調節”旋鈕，使檢流指“ 3.測出室溫下的初始電動勢 先將K撥至“未知”，然后，調節右下方的讀數盤，使檢流計指“0”，同時讀出溫度計和電位差計上讀數盤的數值。應注意的是面板上“倍率”開關，若電勢差太小，請選用×0.2。 4.加熱測測量 每升高約 數據處理 1.列出規范的數據表格，記錄實驗數據。
2.用作圖法處理數據，以溫差電動勢(E)為縱坐標，溫度差(△t)為橫坐標，繪出E～△t圖線，并由該圖線求出直線斜率，即溫差電系數α。 注意事項 1.電源的極性均不得接反。如果接反了實驗中會產生什么現象? 2.調壓器輸入輸出不能接錯，否則，要燒壞儀器；通電后手不能觸及接頭處，以防觸電；調節時動作要緩慢；調壓器讀數不要超過 200V。 3.當發現檢流計指針偏轉劇烈時，應立即松開按鈕進行檢查。 4.每次測量時，一定要等溫度穩定后再讀數。溫度穩定的方法是：待溫度上升到預測的溫度前幾度，將調壓器的電壓降下來，以控制溫度上升越來越慢，直到穩定。溫度穩定的主要標志是：面板上按鈕按下時檢流計指針基本不動。 5.作完實驗后，經教師檢查數據后才能拆除電路，并將電位差計面板上“倍率”開關旋到“斷”。 |
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