設計實驗裝置來研究溫差電動勢

頓中萬

摘要：溫差電動勢在大學物理實驗中具有動手性強，可操作性等一系列的特點，實驗裝置也比較簡單，我們只需要兩種不同的金屬組成閉合回路，如果兩接觸點的溫度不同，回路中就產生溫差電動勢。這是熱電偶溫度計的工作原理。熱電偶溫度計熱慣性小，反應快，可以測量較高的溫度。而且以電勢的形式輸出測量結果，便于測量和處理。因而得到了廣泛的應用。熱電偶溫度計必須通過定標，即測出溫差電動勢與溫度之間的關系。

Abstract： Thermoelectromotive force in college physics experiment has characteristics of strong practicality， operability and so on. The experimental device is simple. We only need two dissimilar metals to form closed loops. If the temperature of the two contact points are different， thermoelectromotive force is produced in the loop. This is the working principle of thermocouple thermometer. Thermocouple thermometer has small thermal inertia and fast response， and can be used to measure high temperatures. And the measurement results are output in the form of potential， which is convenient for measurement and processing. Thus it has been widely used. Thermocouple thermometer must pass the calibration， i.e. measuring the relationship between temperature difference electromotive force and temperature.

關鍵詞：熱端溫度；冷端溫度；溫差；電動勢

Key words： hot end temperature；cold end temperature；temperature difference；electromotive force

中圖分類號：TM913 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）08-0224-02

0 引言

溫差電動勢最早是由德國物理學家塞貝克發現的，根據兩種不同導體（如銅和康銅）組成一個閉合回路，當兩個接觸點處于不同溫度時，在湯姆遜效應和鉑耳貼效應的共同作用下，接觸點間將產生電動勢，回路中會出現電流，此現象稱為溫差電動勢，產生的電動勢稱為賽電動勢，也稱為溫差電動勢。根據溫差電動勢獲得穩定的電源已經在半導體，航空方面獲得了突破。溫差電效應與其它制冷設備比較具有取材方便，簡單，冷卻速度快，無污染，所以應用前景十分廣闊。為了在教學中讓學生了解溫差電動勢的獲得，我們自制了一個簡易的實驗裝置，用冰水作為冷端，加熱的熱水作為熱端，每隔五分鐘來觀察溫度上升的情況來讀出萬用表所顯示的電動勢，演示的過程十分清楚，讓學生對物理現象有了最直觀的認識。激發了學生的求知欲。

1 實驗裝置

熱電偶一支，杜瓦瓶一個，電熱杯一個，溫度計（量程0℃～100℃，分度值0.2℃）一支；四位半數字萬用表一臺，搪瓷缸兩個，導線若干。如圖1。

2 實驗原理

兩種相接觸的不同金屬的接觸面兩側出現的電位差，稱接觸電位差。接觸電位差的數值與接觸面的溫度有關。將兩種金屬絲，例如銅絲和康銅（銅鎳合金）絲的兩端焊接形成一個回路，如圖2，當兩端焊點處的溫度不同時，由于接觸電位差大小不同，極性相反，回路中將產生合成電動勢，稱為溫差電動勢。熱電偶就是依靠溫差電動勢工作的器件，它廣泛用于溫度測量和溫差發電等。熱電偶工作時高溫端稱為工作端或熱端，低溫端稱自由端或冷端。熱電偶的溫差電動勢等于熱端和冷端接觸電勢差之差，其極性由工作端接觸電位差決定。

4 結論

溫差電動勢實驗裝置由于其良好的可操作行，使實驗的方法有了諸多的選擇，通過實驗結果對其進行探討深究實驗過程中存在的問題和提高實驗精度的方法，并且在實驗中掌握了相應的理論知識，掌握了實驗所需要的方法，用理論指導實驗，通過實驗豐富理論達到了對知識的探究能力的目的。我們在實驗中通過控制熱端和冷端之間的溫度來獲得電動勢，從而很好的描述了電動勢和時間之間的函數關系。

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