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用箱式电势差计测温差电动势
[预习思考题]:
为什么当两种金属的两个接触点温度不同时会产生温差电动势?它与哪些因素有关?
答:设有两种不同的金属A和B,其电子数密度分别为nA和nB,电子逸出功为wA和wB,且,nA>nB,wA<wB。当AB两金属接触时,由A金属逸出向B金属迁移的电子数将多于从B金属到A金属的电子数,使A带正电,B带负电,形成接触电势差。两接触点的接触电势差大小相等,方向相反,闭合回路中没有电流。若将其中一个接触点温度升高,则由能量守恒定律知,该端电子获得的外界能量比另一端要大的多,使得该端接触电势差大于另一端,从而在回路中产生电流(电流在A金属内由高温端流向低温端,经B金属再回到高温端),两接触点间则产生温差电动势。
由上分析知,温差电动势的产生与金属材料的性质(电子数密度、电子逸出功)和温度有关。
温差电动势与温差之间的关系是否是线性关系?在什么情况下是线性关系?
答:根据热电偶温差电动势与其两端温度差的关系式:
……
如以Et为轴,t1-t0作横轴,由上式可得到一条抛物线。即温差电动势与温差之间不是线性关系。当α>>β、且温差很小时,式中
项可忽略。此时,温差电动势与温差成线性关系,即。
实验操作中在对未知电动势进行测量时,为什么不能调节Rn(粗、中、细)三个旋钮。
答:在测量未知电动势前,先对工作电流进行了标准化调节,其目的就是要让工作回路提供标准的工作电流,以此电流在工作回路中电阻上的电压降与被测电压进行比较。当两者相等时,回路中没有电流,故能准确测量被测电动势。如测量时调节Rn就将破坏电流的标准状态,若工作电流不标准,则所测的电动势值必然是错误的。所以,在测量未知电动势时不可再调动Rn。
[实验后思考题]:
如何确定热电偶的正、负极性?
答:当热电偶的两接触点温度相同时,根据前面分析可知,两处接触电势差大小相等,方向相反。而当一端温度升高时,高温端的接触电势差大于低温端,从而在回路中产生电流,电流由电子数密度大的金属的高温端流向其低温端,然后,再由另一种金属的低温端至高温端,所以高温端应为热电偶的正极、低温端则为负极
为什么电势差计必须经过工作电流标准化后方可进行正确测量?
答:由于电势差计上是以标准电流流经Rx不同位置时的电压值来示值的,若工作电流不标准,则示值皆错。
能不能用提高电源电压的办法来提高电势差计的测量灵敏度?
答:电势差计示值的精度是由高精度的电阻及高精度的工作电流所决定,提高电源电压并不能改善工作电流的稳定性,故不能用提高电源电压来提高电势差计的测量精度。
电势差计作为第三种金属接入热电偶两种金属之间,对测量结果有无影响?为什么?
答:电势差计作为第三种金属接入热电偶中对测量结果没有任何影响。
因为,根据中间导体定律,由多种金属连接成的回路中,若回路中各接触点所处温度相同,则该回路的电动势的找数和为零。电势差计作为第三种金属,其两个接点的温度都是相同的(室温),所以它的接入对热电偶的性能不产生任何影响