Čo je to termočlánok a ako to funguje

Termočlánky existujú kvôli takémuto javu, ako je rozdiel kontaktného potenciálu. Ak sa dva rôzne pevné vodiče alebo polovodiče dostanú do tesného kontaktu medzi sebou, potom sa v blízkosti miesta ich kontaktu vytvoria oddelené elektrické náboje. V tomto prípade na vonkajších koncoch týchto vodičov nastane potenciálny rozdiel. Tento potenciálny rozdiel sa bude rovnať rozdielu v pracovnej funkcii pre každý kov vydelenému elektrónovým nábojom

Je zrejmé, že ak uzavriete taký pár v kruhu, výsledný EMF bude nula, ale ak je na jednej strane stále otvorený, potom bude existovať skutočný EMF, od desatín voltu po jednotky voltov, v závislosti od toho, čo to je pre materiály.

Samozrejme nie je možné merať rozdiel kontaktného potenciálu pomocou voltmetra, prejaví sa však na charakteristike prúdového napätia, napríklad sa prejavuje v tranzistore a v dióde na križovatke p-n.

Pointa je, že keď sa napríklad dostanú do styku dva kovy, systém zmizne z rovnováhy, pretože chemické potenciály týchto dvoch kovov sa navzájom nelíšia, v dôsledku čoho sa elektróny rozptyľujú v smere znižovania svojej energie, čo zase vedie k zmene náboja a elektrický potenciál kontaktovaných kovov. Takže v blízkom kontakte začína rast elektrického poľa a výsledkom je, čo máme.

Ak teraz znova zvážime tieto dva vodiče z rôznych kovov, uzavreté iba v kruhu, keď sa celkový emf v uzavretom obvode stane nulou, dostaneme dve kontaktné miesta. Tieto miesta budeme nazývať križovatky.

Takže existujú dva križovatky dvoch rôznych vodičov. Čo keď sa pokúsite zahriať jeden z uzlov a druhý nechať pri izbovej teplote? Je zrejmé, že pretože spojené kovy sú rôzne a v každom spoji je rozdiel potenciálov kontaktu, na spojoch sa pri rôznych teplotách vyskytnú rôzne odchýlky EMF.

Experiment dokazuje, že potenciálny rozdiel medzi križovatkami bude úmerný rozdielu v ich teplotách, takže môžete zadať koeficient proporcionality, ktorý sa nazýva termo-EMF. Pre rôzne termočlánky sa bude termo-EMF líšiť.

Pokiaľ sa napätie meria v kontexte takého prstenca, potom bude v určitom teplotnom rozsahu takmer presne úmerné teplotnému rozdielu spojov. A aj keď necháte iba jednu križovatku (ako na obrázku) a iba ju zahrievate a zmeráte napätie medzi dvoma koncami umiestnenými pri rovnakej izbovej teplote, stále nájdete veľmi jasnú závislosť EMF od aktuálnej teploty križovatky. Takto fungujú termočlánky.

Opísaný jav sa vzťahuje na termoelektriku a nazýva sa samotný účinok, na základe ktorého fungujú všetky termočlánky. Seebeckov efekt, na počesť svojho objaviteľa - Thomasa Seebecka. Dnes tu nájdete priemyselné termočlánky, v ktorých sú elektródy vyrobené v závislosti na požadovanom meranom teplotnom rozsahu zo špeciálne vybraných zliatin.

Napríklad termočlánky vyrobené z chrómu a zliatin hliníka majú koeficient termo-emf 40 mikrovoltov na ° C a sú určené na meranie teplôt v rozsahu od 0 do + 1100 ° C. Pár meď-konštantan, tak populárny ako demonštračný nástroj, vám umožňuje merať teploty od -185 do + 300 ° C.

Jeho termo-EMF silne závisí od špecifického teplotného rozdielu, preto na vyhodnotenie jeho parametrov je vhodné použiť tabuľku, napríklad pri teplote studeného spoja 0 ° C, pri teplotnom rozdiele 100 stupňov, bude potenciálny rozdiel medi a konštantných párov približne 4,25 mV.