STUDIUL EFECTULUI SEEBECK

1. Scopul lucrării
Lucrarea îşi propune etalonarea unui termocuplu folosit pentru măsurarea temperaturii.
2. Teoria lucrării
Efectul Seebeck constă în apariţia unei tensiuni electromotoare într-un circuit format din două materiale diferite, ale căror contacte (suduri) sunt menţinute la temperaturi diferite. Un calcul exact ale acestei tensiuni electromotoare se face în cadrul teoriei fenomenelor de transport. Tensiunea termoelectromotoare (Seebeck) depinde de natura conductoarelor şi de diferenţa de temperatură între cele două suduri.
E unde α reprezintă coeficientul Seeback
Pentru metalele simple, aflate la temperatura camerei este de câţiva microvolţi/°C, astfel încât la o diferenţă de temperatură între suduri de 100 °C, se obţine o tensiune termoelectromotoare de ordinul milivolţilor.
Efectul Seebeck are aplicaţii la confecţionarea termocuplelor - dispozitive folosite la măsurarea temperaturilor.
Dacă este temperatura sudurii reci şi este menţinută constantă (de obicei prin introducerea ei într-un amestec de apă cu gheaţă), tensiunea termoelectromotoare va fi funcţie numai de temperatură suduri calde
E
Dacă se măsoară experimental valorile tensiunii E la diferite temperaturi şi se reprezintă într-un sistem de axe perechile de valori , se obţine o curbă numită curba de etalonare a termocuplului.

3. Descrierea instalaţiei experimentale şi a aparaturii utilizate
Dispozitivul experimental este format dintr-un cuptor a cărui temperatură poate fi variată şi două termocuple, dintre care unul “etalon ”de fier - constantan şi altul necunoscut. Termocuplul fier - constantan serveşte la măsurarea temperaturii T0 a cuptorului şi este legat la un milivoltmetru B care este gradat direct în grade Celsius. Termocuplul necunoscut care urmează să fie etalonat este conectat la milivoltmetru C cu mai multe scale. Ambele termocuple sunt izolate şi introduse în aceaşi teacă de material ceramic pentru ca temperatura sudurilor să fie identică. Trebuie menţionat că în această variantă temperatura sursei reci este temperatura camerei care poate varia de la un experiment la altul, şi deci metoda nu este foarte precisă.
Cuptorul are inerţie termică mare astfel încât, deşi nu este alimentat printr-un reoastat ci direct de la reţea, creşterea temperaturii este foarte lentă.

4. Modul de lucru
Se alimentează cuptorul electric de la reţeaua de 220 V şi din acest moment se citeşte temperatura din 100C în 100C pe milivoltmetru(marcat direct în 0C) , iar tensiunea termoelectrică E corespunzătoare se citeşte pe milivoltmetrul C ( pe scara de 15 mV). Când s-a atins temperatura de 300 0C se întrerupe alimentarea cuptorului şi se fac în continuare citiri la răcire, în aceeaşi manieră ca la încălzire, până când temperatura scade sub 20 0C. Datele obţinute se trec într-un tabel.
Legătura între variabila temperatură şi variabila tensiune se poate exprima printr-o funcţie de gradul întâi (după cum se observă din grafic) y=ax+b, valorile a şi b fiind determinate astfel încăt abaterea faţă de informaţia furnizată de măsurători exprimată prin să fie minimă. (Metoda celor mai mici pătrate). Valorile coeficienţilor a şi b se obtin rezolvând sistemul:
, .
În cazul de faţă se obţine y=0,4156x+2,601 unde y reprezintă valoarea medie (încălzire-răcire) a tensiunilor. Considerând dreapta de regresie teoretică a lui y asupra lui x scrisă sub forma unde este coeficientul de regresie calculat după formula
.
Pentru valoarea lui t=2,771 corespunzătoare nivelului de încredere 0,99- pentru numărul gradelor de libertate k=n-2(în cazul de faţă n=29) deci k=27 - se obtine pentru coeficientul de regresie teoretic


Bibliografie
Valentin Sgârciu ,,Prelucrări de date” MatrixRom, Bucureşti 1998







Temperatura E1
încălzire E2
răcire
E
teoretică ΔE
0C mV mV mV mV mV
50 24 20 22 23.381 1.381
60 28 24 26 27.537 1.537
70 33 28 30.5 31.693 1.193
80 38 33 35.5 35.849 0.349
90 42 37 39.5 40.005 0.505
100 47 43 45 44.161 -0.839
110 52 47 49.5 48.317 -1.183
120 56 52 54 52.473 -1.527
130 61 56 58.5 56.629 -1.871
140 65 60 62.5 60.785 -1.715
150 69 64 66.5 64.941 -1.559
160 74 68 71 69.097 -1.903
170 78 72 75 73.253 -1.747
180 81 76 78.5 77.409 -1.091
190 85 79 82 81.565 -0.435
200 88 85 86.5 85.721 -0.779
210 93 88 90.5 89.877 -0.623
220 98 92 95 94.033 -0.967
230 100 95 97.5 98.189 0.689
240 104 100 102 102.345 0.345
250 109 103 106 106.501 0.501
260 112 107 109.5 110.657 1.157
270 116 113 114.5 114.813 0.313
280 119 116 117.5 118.969 1.469
290 123 120 121.5 123.125 1.625
300 127 125 126 127.281 1.281

Unde