Прибор, состоящий из двух разнородных металлов со спаянными концами, в котором создается электрическая энергия за счет внутренней энергии другого тела, поддерживающего разность температур спаев, называют термопарой или термоэлементом.
Термопары применяются для измерения температур в широком интервале (от –270 до +15000С).
Если через спай полупроводниковой термопары пропустить постоянный ток от постороннего источника в направлении от дырочного полупроводника к электронному (т.е. обратно направлению термотока), то дырки и электроны, образующие ток в соответствующих полупроводниках, встретившись в контактном спае, рекомбинируют. При этом потенциальная энергия, как и кинетическая, переходит в теплоту и спай нагревается. При обратном направлении тока в спае происходит образование пар электрон-дырка, на что затрачивается энергия, которая отнимается от решетки в контактном спае. Спай охлаждается. Это явление называется эффектом Пельтье.
Чтобы пользоваться термопарой для измерения температур, необходимо ее проградуировать, т.е. установить опытным путем зависимость между э.д.с. появляющийся в цепи термопары (или соответствующими отклонениями гальванометра) и разностью температур нагреваемого спая и спая постоянной температуры. Для измерения термоэлектродвижущей силы используются либо гальванометры (милливольтметры), либо потенциометры.
Собирают схему, как указано на рис.2. На этой схеме А и В соответственно спаи нагреваемой и постоянной температуры, Г – гальванометр, Rдоб – добавочное сопротивление к гальванометру.
 |
Нагреваемый спай помещают в ванну с жидкостью, которая постоянно нагревается, другой – термостатируется. Температура ванны измеряется термометром.
Градуировка производится путем измерений отклонений гальванометра или величин термо-э.д.с. при ряде температур нагреваемого спая. Результатом градуировки является график: по горизонтальной оси наносятся температуры нагреваемого спая, по вертикальной оси – отклонения гальванометра или величин термо-э.д.с.
В небольших пределах изменения температур термо-э.д.с. Е пропорциональна разности температур спаев 
,
Значит в ограниченном интервале температур график зависимости э.д.с. термопары от температуры нагреваемого спая будет изображаться прямой линией. В широком интервале измерения температуры у большинства термопар наблюдаются отступления от пропорциональности.
По результатам градуировки термопары можно вычислить чувствительность (постоянную) термопары K, которая зависит от природы веществ, составляющих термопару и соответствует термо-э.д.с. при изменении температуры нагреваемого спая на 10С:
где I - ток, измеренный гальванометром, RТ - сопротивление термопары Rг – сопротивление обмотки гальванометра и Rдоб – добавочное сопротивление.
Значения этих величин известны и для нахождения чувствительности термопары К нужно лишь определить величину 
Она находится из графика зависимости отклонений n – гальванометра от температуры 
нагреваемого спая термопары.
Задание 1. Градуировка термистора
1. Собрать схему установки (рис.3)
 |
где, Rm - магазин сопротивлений, R1 , R2 - постоянные сопротивления, Rt - термосопротивления, изготовлены из металла, Г – гальванометр, Н – нагреватель, К – ключ
2. Отметить начальную температуру воды в сосуде, содержащей термосопротивление и нагреватель, сбалансировать мостик.
Записать значение термосопротивления Rt. Оно определяется по формуле:
поскольку 
то 
1. Нагревая воду до кипения, провести измерение сопротивления термистора через каждые 10оС
2. Полученные данные записать в табл.1
Таблица 1
| Rt (Ом) | |||||||
| t0C |
3. Построить график зависимости сопротивления проводников от температуры 
.
4. Определить термический коэффициент сопротивления по формуле
(1)
где Rt – сопротивление при температуре 
, Rо - начальное сопротивление при 
, 
Задание 1. Градуировка термопары
Погрузить концы термопары в сосуды с водой и измерить температуру в обоих сосудах.
Нагревая воду до кипения, провести измерение по гальванометру через каждые 10оС, записать количество делений, на которое отклонилась стрелка гальванометра в табл.2.
Таблица 2
| tоС | |||||
| n (дел) |
Определить чувствительность термопары по формуле
(2),
где С – цена деления гальванометра (4,5.10-3 А/дел), 
- сопротивление обмотки гальванометра (140 Ом), 
- добавочное сопротивление (0 Ом), 
- сопротивление термопары (2 Ом).
Построить график зависимости 
и сделать вывод.
Задачи.
1. Вольфрамовая нить электролампы имеет длину 
= 20 см и сопротивление R = 200 Ом. При температуре t = 2500oC. Чему равен диаметр нити? Удельное сопротивление
вольфрама 
=0,056 мкОм.м; температурный коэффициент сопротивления 
= 4,2.10-3К-1.
2. Электрический кипятильник рассчитан на напряжение 120 В при силе тока 4,0 А. Найти площадь поперечного сечения и длину нихромового провода, который необходимо взять для изготовления нагревательного элемента кипятильника, если допустимая плотность тока равна 10,2 А,мм2, а удельное сопротивление нихрома при работе кипятильника составляет 1,3.10-6 Ом.м?
3. Найти среднюю скорость 
направленного движения электронов в металлическом проводнике, по которому течет ток 
А, если единица объема проводника содержит 
свободных электронов. Сечение проводника 
см2. Заряд электрона 
Кл.
4. В диоде электрон подходит к аноду со скоростью 8 Мм/с. Найти анодное напряжение.
5. В ионизационной камере, расстояние между плоскими электродами которой 
, течет ток насыщения. Плотность тока 
. Найти среднее число пар ионов, образующихся под действием ионизатора в 1 см3 пространства камеры в 1с. Заряд иона численно равен заряду электрона.
6. При какой наименьшей скорости электрон может вылететь из серебра, если работа выхода 6,9·10-19 Дж?
Контроль:
1. Проводники, полупроводники, их свойства.
2. Различие между проводниками, полупроводниками и диэлектриками с точки
зрения зонной теории
3. Что такое контактная разность потенциалов?
4. Причины возникновения контактной разности потенциалов (КРП)
5. Сущность эффекта Пельте.
VIII. Литература:
1. Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики Уч. для вузов М. 2002., Дрофа
2. Блохина М.Е., Эссаулова И.А., Мансурова Г.В. Руководство к лабораторной работе по медицинской и биологической физике. М.Дрофа.2002
3. Ремизов А.М. Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике, М.
Дрофа. 2002г.
4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика,1999. Гл.15, §15.6, гл.21, § 21.3