T2 - sprawozdanie z laboratorium fizyki PDF

Preview

Summary

sprawozdanie z laboratorium fizyki...

Description

Laboratorium Fizyki CMF PŁ materiały dydaktyczne na cmf.edu.p.lodz.pl/labfiz

Nr zespołu laboratory

Data i godzina wykonania ćwiczenia

data godzina

Wydział

Kierunek

Semestr

Rok akademicki

(zimowy, letni)

Imię i Nazwisko nr indeksu

T2

Imię i Nazwisko nr indeksu

Imię i Nazwisko nr indeksu

Badanie zjawiska Seebecka

kod ćwiczenia tytuł ćwiczenia Ocena poprawności i kompletności sprawozdania – wypełnia prowadzący

Data oddania sprawozdania Strona tytułowa z potwierdzonymi wynikami pomiarów Opis metody pomiarowej ze schematem ideowym Poprawność obliczeń Wykres(y) Przykładowe obliczenia wraz z odpowiednimi jednostkami Poprawnie zapisany wynik(i) końcowy(e) wraz z błędem(ami) Samodzielna dyskusja otrzymanego wyniku, odniesienie do wartości tablicowych, wnioski Inne uwagi, ocena DOBRZE - „✓”

1.

DO POPRAWY - „P”

Tabele pomiarowe

BRAK -

„–”

NIE DOTYCZY – „ND”

Pomiar 1 Ilość termoelementów: 163 Współczynnik Seebecka:

Opór wewnętrzny termogeneratora:

Pomiar 2

Ilość termoelementów: 173 Współczynnik Seebecka:

Opór wewnętrzny termogeneratora:

Pomiar 3 Ilość termoelementów: 203

Współczynnik Seebecka:

Opór wewnętrzny termogeneratora:

2. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia było wyznaczenie współczynnika Seebecka i rezystancji wewnętrznej termogeneratora.

3. Idea pomiaru

Zjawisko Seebecka polega na przepływie prądu elektrycznego w obwodzie, którego częścią jest styk dwóch różnych metali (półprzewodników) o różnych temperaturach. A więc żeby wyznaczyć współczynnik Seebecka należało zbudować układ przedstawiony w następnym punkcie. Najistotniejszym elementem w odniesieniu do wartości, które mają być wyznaczone jest termogenerator. Użyty generator składał się z pewnej liczby termoelementów n (liczbę tą wybierano w symulacji) połączonych szeregowo. Aby wyznaczyć powyższy współczynnik zmierzono napięcie na generatorze woltomierzem, którego konduktancja jest bardzo mała w porównaniu do wewnętrznej konduktancji generatora. Następnie za pomocą wykresu napięcia w funkcji zmieniającego się czasu i poniższych zależności wyznaczono współczynnik Seebecka.

(1) U =n∗α∗∆ T (2) y=ax (3) U =a∗∆ T (4) a=n∗α Z łatwością można zauważyć, że współczynnik Seebecka oznaczony przez α to po prostu iloraz współczynnika kierunkowego prostej dopasowanej do wykresu wymienionego wyżej przez ilość elementów n generatora.

Generator jako źródło rzeczywiste charakteryzuje parametr rezystancji własnej. Do wyznaczenie tego oporu należało zmierzyć napięcie na oporniku o zmiennej rezystancji znajdującego się w specjalnie stworzonym obwodzie i natężenie prądu płynącego przez ten obwód (przedstawiony na rysunku poniżej). Następnie narysowano wykres Ur(I) i przy użyciu zależności (7) i (8) wyznaczono opór własny generatora.

Rysunek 1 (Wykonano w programie AutoCad)

Zmiana oporu na elemencie R wywołuje zmianę natężenia prądu w obwodzie i napięcia prawo Kirchhoffa dla tego obwodu przyjmuje postać

U r . Napięciowe

(5) U −I ∗R− I ∗R w=0 U- napięcie na źródle (w tym przypadku na generatorze), I- prąd obwodu, R- rezystancja opornika o zmiennej rezystancji, Rw – rezystancja własna źródła

(6) U r =−I∗Rw +U (7) U r =a∗I + B (8) a=−Rw b=U Z zależności (7) i (8) wynika, że jeśli dopasujemy do wykresu Ur(I) prostą to jej współczynnik kierunkowy będzie rezystancją wewnętrzną generatora a współczynnik b napięciem widzianym z zacisków źródła.

4. Układ pomiarowy i opis przebiegu ćwiczenia

Rysunek 2

Układ pomiarowy widoczny jest na zdjęciu powyżej. Składa się on z termogeneratora, jego prawa część chłodzona jest wodą o temperaturze pokojowej, natomiast lewą część ogrzewa woda, której temperaturę ustala termostat. Parametry mierzone w ćwiczeniu odczytywane są z trzech mierników. W dalszej części ćwiczenia do generatora podłączono obwód z rysunku 1. i wartości odczytywano z odpowiednich mierników. Każdy z członków grupy laboratoryjnej wybrał inną ilość termoelementów dostępnych w symulacji (163, 173, 203). Cała grupa badała termoelement C. W pierwszej części ćwiczenia wykonano pomiary dla różnych temperatur ustawionych na termostacie (zakres ok. {30-70} ℃ ) i każdorazowo odczytywano temperaturę ciepłej i zimnej części generatora oraz napięcie na generatorze. W drugiej części dołączono obwód z rysunku 1. Następnie wykonano 6 do 7 pomiarów napięcia na elemencie R i prądu w obwodzie. Dane zostały wprowadzone do programu Logger Pro i odpowiednio opracowane.

5.

Wykresy i obliczenia

Pomiar 1 Ilość termoelementów: 163

Współczynnik Seebecka:

Opór wewnętrzny termogeneratora:

Obliczenia 1 (163)

0,06031 V ∗ a 163 K V α= = =0.00037 163 1 K

0,0009390 V ∗ V K ∆a 163 = =0.00000576073 ∆ α= 163 K 1

Rw=− a=− (−5,380)

V =5,380 Ω Δ R w=Δa=0,009842 Ω A

U =b=2,638 V ΔU =Δ b=0,002097 V

Pomiar 2 Ilość termoelementów: 173 Współczynnik Seebecka:

Opór wewnętrzny termogeneratora:

Obliczenia 2. (173)

0,06644 V ∗ a 173 K V α= = =0.0003840462 173 1 K

0,0007715 V ∗ V 173 K ∆a = =0.00000445953 ∆ α= 173 K 1

Rw=− a=− (−5,389)

V =5,389 Ω Δ R w=Δa=0,008257 Ω A

U =b=2,826 V ΔU =Δ b=0,002572 V

Pomiar 3 Ilość termoelementów: 203

Współczynnik Seebecka:

Opór wewnętrzny termogeneratora:

Obliczenia 3] (203)

a = α= 203

0,07593 ∗ V V K 203 =0.0003740394 K 1

0,0008611 ∗ V V K 203 ∆a = =0.00000424187 ∆ α= 203 K 1

Rw=− a=− (−5,380)

V =5,380 Ω Δ R w=Δa=0,04110 Ω A

U =b=3,288 V ΔU =Δ b=0,01227 V

Wszystkie użyte powyżej wzory wyjaśnione są w punkcie 2. Sens powyższych obliczeń bazuje na idei pomiaru.

6.

Wyniki końcowe

1. α=( 0,0003700 ± 0,0000058)

V K

Rw= (5,380 ± 0,010 ) Ω U=( 2,638 ± 0,002) V 2.

α=( 0,000384 ± 0,000004 )

V K

Rw= (5,389 ± 0,008 ) ΩU =( 2,826 ± 0,003) V

3. α=( 0,0003700 ± 0,0000042)

V K

Rw= (5,380 ± 0,041 ) Ω U =( 3,288 ± 0,012) V

7.

Wnioski

Wyznaczony współczynnik Seebecka przez każdego członka grupy wahał się w granicach od 0,000370 do 0,000384 wyliczony błąd był ułamkową częścią wyznaczonej wartości. Najwyższy współczynnik według https://pl.qaz.wiki/wiki/Seebeck_coefficient wynosi 0,009 (selen), ta wartość jest większa od wyznaczonej w czasie ćwiczenia. Wartość współczynnika mierzona przez drugiego członka zespołu nieznacznie różni się od dwóch pozostałych, błąd tych pomiarów w pełnie rekompensuje tę różnicę, a więc wartość rzeczywista mierzonej wielkości może być taka sama. Uzyskany wyniki rezystancji wewnętrznej termogeneratora był w przybliżeniu taki sam we wszystkich przypadkach. Jego wartość nie wydaje się być rażąco niepoprawna. Należy zaznaczyć, że ten pomiar był pośredni, a więc obarczony większym błędem. Napięcie uzyskane przez członków zespołu wynosi kolejno 2,638 V , 2,826 V i 3,288 V . Zauważyć tu można wzrost wartości wraz ze wzrostem termoelementów generatora. Błąd znacząco mniejszy od wartości....