Термопара
Министерство образования Российской Федерации
Саратовский государственный технический университет
Кафедра прикладной физики
Лабораторная работа №1.
Термоэлектродвижущая сила.
Выполнил:
студент 2-го
курса
группы ПВС-23
Чаланбинский
Дмитрий
г.Саратов, 2000 г.
Цель работы
Изучение контактных явлений в металлах и термоэлектрических методов
измерения температуры, снятие зависимости термоэлектродвижущей силы от
разности температур холодного и горячего спаев, определение постоянной
термопары и концентрации электронов.
Основные понятия
Экспериментально доказано, что в металлах, имеются свободные электроны,
способные перемещаться по металлу. Такая система свободных электронов в
кристаллической решётке называется электронным газом. Свободными электроны
в металле можно считать лишь относительно. Вблизи границы металла на
электроны действует электрическая сила, удерживающая их внутри металла.
Чтобы преодолеть эту силу, электрон должен совершить определённую работу.
Для удобства количественного описания процесса необходимо ввести понятие
«потенциального ящика». Можно полагать, что электроны внутри металла
определенную отрицательную энергию, которая возрастает и обращается в нуль
на границе металла.
Электрон в металле имеет, таким образом, кинетическую [pic] и
потенциальную энергию [pic]. Полная энергия [pic] при [pic] отрицательна.
Глубина «потенциального ящика» (т.е. величина [pic]) определяется
параметрами металла и свойствами поверхности, а кинетическая энергия [pic]
- температурой и уровнем Ферми.
Для того чтобы вырвать электрон из металла, ему необходимо сообщить
энергию ([pic]), достаточную для преодоления потенциального барьера.
С увеличением температуры энергия электронов повышается. Однако, даже
при температурах, близких к температуре плавления, глубина потенциального
ящика остаётся практически неизменной, так что энергию, которую нужно
сообщить электрону для вырывания его из металла, можно определить по той же
формуле, что и при Т=0.
Рис. 1. «Потенциальный ящик» электронов внутри металла. Кинетическая
энергия электронов отсчитывается от «дна» потенциального ящика.
Вследствие теплового движения электроны проводимости могут выходить из
металла в окружающее пространство. В результате вылета электронов из
металла вблизи поверхности проводника образуется двойной электрический слой
толщиной в несколько межатомных расстояний. Металл оказывается заряженным
положительно, а вылетающие электроны образуют отрицательно заряженное
«облако». Между металлом и электронным облаком возникает разность
потенциалов [pic]. Для различных металлов [pic] колеблется от 1 до 10 В и
зависит как от химической природы металла, так и от состояния его
поверхности. Электрон, выходя из металла, совершает работу против сил