Thermo-elektriciteit

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Lengte van kale (niet-geïsoleerde) koperdraad
• Lengte van blank (niet-geïsoleerd) ijzerdraad
• Kaars
• IJsblokjes

IJzerdraad is verkrijgbaar bij een ijzerhandel. Als sommige niet kunnen worden gevonden, werkt aluminiumdraad ook.

KRUISVERWIJZINGEN

Lessen in elektrische circuits , Volume 1, hoofdstuk 9:“Elektrische Instrumentatie Signalen”

LEERDOELSTELLINGEN

• Om de functie en het doel van het thermokoppel te illustreren

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Draai het ene uiteinde van het ijzerdraad samen met het ene uiteinde van het koperdraad. Sluit de vrije uiteinden van deze draden aan op de respectievelijke klemmen op een klemmenstrook. Stel uw voltmeter in op het meest gevoelige bereik en sluit deze aan op de klemmen waar de draden worden bevestigd. De meter moet bijna nul spanning aangeven.

Wat je zojuist hebt gebouwd is een thermokoppel :een apparaat dat een kleine spanning genereert die evenredig is met het temperatuurverschil tussen de punt en de aansluitpunten van de meter. Wanneer de punt een temperatuur heeft die gelijk is aan de aansluitstrip, wordt er geen spanning geproduceerd en is er dus ook geen indicatie op de voltmeter.

Steek een kaars aan en steek de gedraaide draadpunt in de vlam. U zou een indicatie op uw voltmeter moeten zien. Verwijder de thermokoppelpunt van de vlam en laat afkoelen totdat de voltmeter-indicatie weer bijna nul is. Raak nu met de punt van het thermokoppel een ijsblokje aan en noteer de spanning die door de meter wordt aangegeven. Is het een grotere of kleinere magnitude dan de indicatie verkregen met de vlam? Hoe verhoudt de polariteit van deze spanning zich tot die van de vlam?

Nadat u de punt van het thermokoppel met het ijsblokje hebt aangeraakt, verwarmt u het door het tussen uw vingers te houden. Het kan even duren voordat de lichaamstemperatuur is bereikt, dus wees geduldig terwijl u de indicatie van de voltmeter in acht neemt.

Een thermokoppel is een toepassing van het Seebeck-effect :de productie van een kleine spanning evenredig met een temperatuurgradiënt langs de lengte van een draad. Deze spanning is afhankelijk van de grootte van het temperatuurverschil en het type draad. Het rechtstreeks meten van de Seebeck-spanning geproduceerd langs een doorlopende draad vanaf een temperatuurgradiënt is vrij moeilijk en zal in dit experiment niet worden geprobeerd.

Thermokoppels, die zijn gemaakt van twee verschillende metalen die aan één uiteinde zijn verbonden, produceren een spanning die evenredig is met de temperatuur van de junctie. De temperatuurgradiënt langs beide draden als gevolg van een constante temperatuur op de kruising produceert verschillende Seebeck-spanningen langs de lengtes van die draden, omdat de draden van verschillende metalen zijn gemaakt.

De resulterende spanning tussen de twee vrije draaduiteinden is het verschil tussen de twee Seebeck-spanningen:

Thermokoppels worden veel gebruikt als temperatuursensoren omdat de wiskundige relatie tussen temperatuurverschil en resulterende spanning zowel herhaalbaar als redelijk lineair is. Door spanning te meten, is het mogelijk om de temperatuur af te leiden. Verschillende temperatuurmetingen zijn mogelijk door verschillende metaalparen te selecteren om aan elkaar te koppelen.