Главная > Разное > Диаграммы равновесия металлических систем
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

ГЛАВА 7. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПИРОМЕТРЫ

Термопара благодаря малой теплоемкости и большой чувствительности к колебаниям температуры является обычно наиболее удобным инструментом для точного измерения температуры, особенно при построении диаграмм равновесия. Принцип действия термопары был открыт в 1823 г. Зеебеком, который обнаружил, что, если проволочки двух металлов соединены, образуя непрерывную цепь, по цепи течет ток, когда оба соединения или спая находятся при разных температурах. Для измерения температуру одного спая поддерживают постоянной, а электродвижущую силу, возбуждаемую нагревом до температуры испытания другого спая, измеряют потенциометром или милливольтметром.

Для наших целей существенное значение имеют следующие зависимости, наблюдаемые в термоэлектрической цепи:

а) в цепи, составленной из гомогенного металла, невозможно создать непрерывный ток, только поддерживая отдельные части цепи при различных температурах; эффект, обнаруженный Бенедиксом [52] при попытке опровергнуть это явление, в настоящее время оспаривается;

б) если термопара из металлов имеет при данных температурах обоих спаев электродвижущую силу а вторая термопара из металлов имеет электродвижущую силу то, согласно закону промежуточных металлов, электродвижущая сила термопары из металлов в тех же условиях будет равна:

в) если данная термопара имеет электродвижущую силу при температурах спаев при температурах то, согласно закону промежуточных температур, электродвижущая сила между будет равна:

Когда ток пропускается через спай между двумя металлами, то в зависимости от его направления тепло поглощается или выделяется. Если ток пропускается по цепи в том же направлении, что и термоэлектрический ток, тогда тепло будет поглощаться в горячем спае и выделяться в холодном. Это

явление, известное под названием эффекта Пельтье, указывает, что в спае двух металлов существует э. д. с. Величина эффекта Пельтье зависит от температуры. В замкнутой цепи со спаями при температурах и коэффициентами Пельтье и благодаря этому эффекту появится результирующая равная —

Из второго закона термодинамики следует, что:

и, следовательно, конечная э. д. с.

Отсюда видно, что если один спай поддерживается при постоянной температуре, э. д. с. будет меняться пропорционально разности Это не было обнаружено экспериментально, и Томсон (а позднее Кельвин) пришел к заключению, что в термоэлектрической цепи должен иметь место дополнительный обратимый эффект. Согласно этому так называемому эффекту Томсона, тепло поглощается или выделяется при протекании тока в неравномерно нагретом стержне. Коэффициент Томсона о определяется по количеству поглощенного тепла при прохождении единицей заряда разности температур в 1°. Коэффициент Томсона считается положительным, если при протекании тока от холодного участка к горячему тепло поглощается, и отрицательным, если тепло при этом выделяется.

Таким образом, полная э. д. с. по Томсону между двумя температурами будет равна:

Применение первого и второго законов термодинамики приводит к следующим соотношениям между результирующей э. д. с. Е в цепи и коэффициентами Пельтье и Томсона

Оба коэффициента и с изменяются с температурой, но точное

соотношение при этом изменении неизвестно, хотя для многих термопар в ограниченном интервале разность почти пропорциональна так что термоэлектрическая сила может быть выражена следующим образом:

и

где бис имеют противоположный знак. Приведенные соотношения точны только в ограниченном интервале. Там, где они применимы, э. д. с. термопары повышается до максимума при температуре, которая равна Наклон кривой зависит от знака разности , и поскольку коэффициент Томсона для свинца очень мал, этот металл часто используется в качестве стандарта, по которому градуируются другие металлы.

Описанные соотношения подробно изложены в статье Розера [53].

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление