www.kísérletek.hu

Hőmérséklet » Termoelem

Jelenség leírása

Vashuzal és vörösrézhuzal felhasználásával készítsünk termoelemet! Érzékeny mérõmûszer segítségével vegyük fel a feszültség-hõmérséklet diagramot, majd mérjük meg a termoelemmel kezünk bõrfelületének hõmérsékletét!

Eszközök

digitális voltmérő, rézhuzal, vashuzal

Magyarázat

M. 270. Vashuzal és vörösrézhuzal felhasználásával készítsünk termoelemet! Érzékeny mérõmûszer segítségével vegyük fel a feszültség-hõmérséklet diagramot, majd mérjük meg a termoelemmel kezünk bõrfelületének hõmérsékletét!

(6 pont)

Közli: Bakonyi Gábor, Budapest

Megoldás.

A termoelem elkészítése. A termoelemet úgy készítettem el, hogy egy kb. 40 cm hosszúságú, 1 mm átmérõjû vasdrót végeit laposra kalapáltam, a lemezszerû végeket a drót mindkét végén kb. 5 mm-es darabon visszahajtva a keletkezett résekbe egy-egy 0,5 mm átmérõjû rézdrót végeit szorítottam, a vaslemezeket satuval a rézdrótra préseltem, majd a lemezek széleit ponthegesztõvel rögzítettem. A drótok végeit szigetelõszalaggal tekertem körbe. Így az 1. ábrának megfelelõen két érintkezési (,,forrasztási'') pontot sikerült létrehoznom (F₁, F₂).

1. ábra. A termoelem és a méréshez használt összeállítás vázlatos rajza

A mérés végrehajtása

1. A termoelem kalibrációja. A feszültségmérésekhez kétféle mérõmûszert használtam. Az egyik egy Metex M-4650 CR típusú digitális multiméter volt, amely 200 mV-os méréstartományában a 0,01 mV pontosságú méréseket tesz lehetõvé. A másik mûszer egy precíziós ,,Solartron 7071 Computing Voltmeter'' volt, amelynek felbontása a legérzékenyebb méréstartományban 0,01 $\mu$ V.

A rézdrótok P₁ és P₂ végeit a megfelelõ voltmérõ bemeneteihez csatlakoztattam az 1. ábrán bemutatott sémának megfelelõ módon. A mérõeszköz és a P₁-P₂ csatlakozási pontok a mérés során végig a laboratóriumnak megfelelõ T₃ = (23,0 $\pm$ 0,2) ^oC hõmérsékletûek voltak.

A termoelem F₂ forrasztási pontját egy darált jeget és vizet tartalmazó speciális Dewar-edénybe merítettem, amely T₂ = (0,00 $\pm$ 0,05) ^oC-os hõmérsékletet biztosított. Az F₁ forrasztási pontot egy Lauda RE106 típusú termosztát termosztálóközegébe merítettem (desztillált víz), amelynek T₁ hõmérséklete 0,1 ^oC pontossággal szabályozható volt. A termosztát hõmérsékletét 0,0 és 55,0 ^oC-os hõmérsékletértékek között változtattam.

A mért adatokat az 1. táblázatban foglaltam össze.

T/^oC	$U_{\text{Sol}}/\rm V$	$U_{\text{Met}}/\rm mV$	T/^oC	$U_{\text{Sol}}/\rm V$	$U_{\text{Met}}/\rm mV$
0	0,000 004 44	0,00	32,5	0,000 408 03	0,40
5	0,000 061 93	0,06	35,0	0,000 437 57	0,43
7,5	0,000 089 93	0,09	37,5	0,000 468 76	0,46
10,0	0,000 123 86	0,12	40,0	0,000 498,33	0,49
15,0	0,000 188 52	0,18	45,0	0,000 557 43	0,55
20,0	0,000 251 92	0,25	50,0	0,000 616 67	0,61
25,0	0,000 315 61	0,31	55,0	0,000 676 53	0,67
30,0	0,000 377 18	0,37

1. táblázat. A termosztát különféle T hõmérsékleténél leolvasott feszültségértékek

A mért értékek hibáját a Metex készülék esetében az eszköz felbontása határozta meg ( $\pm$ 0,01 mV). A Solartron 7071 voltmérõ rendkívüli érzékenysége lehetõvé tette a leolvasott értékek statisztikai feldolgozását, amelynek alapján a feszültségadatok standard hibája nem volt nagyobb, mint $\pm$ 4,5 $\mu$ V.

A 2. ábrán a Solartron voltmérõvel mért adatokat mutatom be. Látható, hogy a mért pontok kitûnõen illeszkednek az $U_{\text{Sol}}/\text{mV}=0{,}012\,34\cdot T+0{,}003\,09$ egyenletû egyenesre. Az illeszkedés statisztikai adatai az ábrán láthatóak. Ha a pontokra másodfokú polinomot (parabolát) illesztünk, akkor annak egyenlete:

$U_{\text{Sol}}/\text{mV}=-9{,}539\,14\cdot10^{-6}T^2+0{,}012\,86T-0{,}001\,17,$

a másodfokú tag együtthatója láthatóan igen kicsi.

2. ábra. A Solartron 7071 voltmérõvel mért adatok az illesztett egyenessel

A 3. ábrán a Metex M-4650 CR voltmérõvel mért adatokat mutatom be. Látható, hogy a mért pontok kitûnõen illeszkednek az

$U_{\text{Met}}/\text{mV}=0{,}01224\cdot T+1{,}484\,34\cdot10^{-4}$

egyenletû egyenesre. Az illeszkedés statisztikai adatai az ábrán láthatóak. Ha a pontokra másodfokú polinomot (parabolát) illesztünk, akkor annak egyenlete: $U_{\text{Met}}/\text{mV}= -6{,}648\,83\cdot10^{-6}T^2+0{,}0126T-0{,}002\,82$ , a másodfokú tag együtthatója itt is nagyon kicsi.

3. ábra. A Metex M-4650 CR voltmérõvel mért adatok az illesztett egyenessel

2. A bõrfelületi hõmérséklet mérése. A bõrfelületi hõmérséklet mérését úgy hajtottam végre, hogy az F₁ forrasztási pontot a mutató, a középsõ és a hüvelykujjam közé fogtam úgy, hogy a bõrfelületek teljesen befedjék.

A Solartron 7071 voltmérõvel mért értékek 1 perces átlaga $U_{\text{Sol}}^{\text{B}}= (0{,}446\pm0{,}005)$ mV a Metex voltmérõvel mért érték stabilan $U_{\text{Met}}^{\text{B}} =0{,}44$ mV volt.

A mért értéket a kalibrációs egyenesek egyenletébe helyettesítve a bõrfelületi hõmérséklet a Solartron voltmérõvel mérve $T_{\text{Sol}}^{\text{B}}=(35{,}89\pm0{,}15)~{}^\circ$ C. A Metex voltmérõvel kapott érték $T_{\text{Met}}^{\text{B}}=36~{}^\circ$ C. (A másodfokú polinomok egyenletébõl is hasonló értékeket kapunk.)

A bõrfelület hõmérsékletére a kétféle mûszerrel végzett mérés alapján a (35,9 $\pm$ 0,2) ^oC értéket fogadhatjuk el.

Láng Marcell (Budapest, ELTE Apáczai Csere J. Gyak. Gimn., 9. évf.)

Szerzők

Gnadig Péter

Forrás, irodalom, hivatkozás

Bakonyi Gábor
Láng Marcell

Részletes keresés

Támogatók

Impresszum

A kísérletek honlapot a KöMaL hozta létre az ELTE Fizikai Intézetével karöltve az NKTH Mecenatúra pályázatának segítségével.

Felelős szerkesztő:: Lendvai János
Főszerkesztő:: Nagy Gyula
Szerkesztőség:: Gnadig Péter; Honyek Gyula
Műszaki szerkesztő:: Miklós Ildikó
Honlap és adatbázis:: Mészáros Gergely
Design:: Németh Krisztina

Loading Time Base Classes	0.0005
Controller Execution Time ( Show / Index )	0.0078
Total Execution Time	0.0083

0.0004	INSERT INTO `sessions` (`session_id`, `ip_address`, `user_agent`, `last_activity`) VALUES ('cd8440a39098991e9cec2d275e01176d', '18.119.159.196', 'Mozilla/5.0 AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko;', 1732417630)
0.0005	SELECT `label`, trim(item) as item FROM (`categories`)
0.0008	SELECT * FROM (`experiments`) WHERE `eid` = '270'
0.0006	SELECT * FROM (`exp_kwd`) JOIN `keywords` ON `keywords`.`path`=`exp_kwd`.`path` WHERE `eid` = '270'
0.0006	SELECT * FROM (`exp_cat`) JOIN `categories` ON `categories`.`label`=`exp_cat`.`label` WHERE `eid` = '270'
0.0004	SELECT `name` FROM (`materials`) WHERE `eid` = '270'
0.0002	SELECT `source` FROM (`sources`) WHERE `eid` = '270'
0.0002	SELECT * FROM (`exp_authors`) JOIN `authors` ON `exp_authors`.`monogram`=`authors`.`monogram` WHERE `exp_authors`.`eid` = '270'
0.0002	SELECT * FROM (`media`) JOIN `media_type` ON `media_type`.`format`=`media`.`format` JOIN `exp_mda` ON `media`.`mid` = `exp_mda`.`mid` WHERE `exp_mda`.`eid` = '270'

www.kísérletek.hu

Fizikusok

Mechanika

Hullámjelenségek

Relativitáselmélet

Hőtan

Statisztikus fizika

Anyagszerkezet

Elektromágnesség

Optika

Csillagászat

Modern fizika

Egyéb kisérletek