Сурет. Термоэлектрлі түрлендіргіштің схемасы

Мұ ндай тізбекті ажырату кезінде олардың ұ штарында термоэлектрлі (термоЭҚ К) деп аталатын кү ш ө лшенуі мү мкін. Қ арастырылып жатқ ан ә сер бө ліну қ асиетіне ие, ол, егер осындай тізбектен тыс электрлі ток берсек, онда токтың бағ ытына байланысты дә некердің біреуі қ ыздырылады да, ал басқ асы суытылатыны (Пелетье ә сері)жө нінде айтып кеткен жө н. Қ азіргі заман физикасында термотоктың немесе термоЭҚ К-нің пайда болуы ә ртү рлі металдарда электрондардың ә ртү рлі шығ у жұ мыстары бар, сондық тан да ә ртү рлі металдар жанасқ ан кезде потенциалдардың байланыс айырымы пайда болады. Сонымен қ атар, ө ткізгіш ұ штарының температураларын ажыратқ ан кезде, олардың ұ штарындағ ы потенциалдардың айырымын тудыратын электрондардың диффузиялары пайда болады. Осылай, кө рсетілген екі факторлар – потенциалдардың байланыс айырымы мен электрондардың диффузиясы – тізбектегі термоЭҚ К-тің нә ти-жесін шығ аратын болып қ осылады, олардың мә ндері термоэлектродтардың табиғ аты мен ТЭТ дә некерлер температураларының айырымының нә тижесіне тә уелді. Тізбектің байланысты термоЭҚ К мен нә тижелі термоЭҚ К арасындағ ы қ атынасты математикалық тү рге тү рлендіру ү шін бірнеше шарттарды орындау қ ажет. Температурасы аз дә некердегі ток басқ а термоэлектродқ а ө тетін бір термоэлектродты оң деп, ал екіншісін – теріс деп алғ ан жө н. Мысалы, егер t₀< t (сур. 9.1) болса жә не осы дә некердегі оң А термоэлектродынан В теріс термоэлектродқ а бағ ытталса, онда А термоэлектродын – термооң, ал В – термотеріс деп атаймыз. Дә некердегі А мен В термоэлектрод арасындағ ы байланыс термоЭҚ К-ті t температурада е_АВ(t) деп белгілейміз. Кө рсетілген жазба, егер А термоэлектрод оң жә не кезекті жазбада бірінші болып келсе, онда термоЭҚ К е_АВ(t) теріс таң бамен алынғ ан деп есептейміз. Вольттің заң ына сә йкес екі ә ртекті ө ткізгіштердің тұ йық талғ ан тізбегінде дә некер температурасының тепе-тең дігінде осы тізбектің термотогы нольге тең болады.

Егер 1 мен 2 дә некерлердің температуралары бірдей болса, мысалы t₀ болса, онда ә р дә некердің термоЭҚ К бір-бірімен тең жә не бір-біріне қ арсы ә рекет етеді жә не сондық тан да осындай контурдың термоЭҚ К Е_АВ(t₀t₀) нольге тең деп тұ жырымдаймыз, яғ ни

Е_АВ(t₀ t₀) = e_АВ(t₀) – e_АВ(t₀) = 0, (3.1)

немесе е_АВ(t₀) = -e_ВА(t₀) екенін ескерсек,

Е_АВ(t₀ t₀) = e_АВ(t₀) +е_ВА(t₀) = 0. (3.2)

(3.2) тең деуді немқ ұ райды тү рде қ арастырсақ, келесі ережені қ абылдауғ а болады: контурдың нә тижелі термоЭҚ К байланыс термоЭҚ К-тің арифметикалық қ осындысына тең, олардың символды термоэлектродтардың кезекпен жазылуы контурдың айналу бағ ытына сә йкес (мысалы, сағ ат тіліне қ арама-қ арсы).

Сурет 3.1-де кө рсетілген тұ йық талғ ан тізбек ү шін нә тижелі термоЭҚ К

Е_АВ(t t₀) = e_АВ(t) + e_ВА(t₀), (3.3)

немесе

Е_АВ(t t₀) = e_АВ(t) – e_АВ(t₀). (3.4)

(3.4) тең деуін ТЭТ-тің негізгі тең деуі деп атайды. Одан контурда пайда болғ ан термо ЭҚ К Е_АВ(t t₀) t мен t₀ температура функцияларының айырымына тә уелді екені шығ ады. Егер t₀ = const болса, онда e_АВ(t₀) = c = const болады жә не

Е_АВ(t t₀)_t0=const = e_АВ(t) –c = f(t). (3.5)

Белгілі (13.5) тә уелділігінен ТЭТ контурындағ ы термо-ЭҚ К-ті ө лшеу арқ ылы, егер t₀ = const болса, ө лшеу объектісіндегі t температурасы табылуы мү мкін. Температураны ө лшеу объектісіне жү ктелген дә некерді жұ мысшы дә некер немесе жұ мыс ұ шы, ал объектіден тыс дә некерді бос дә некер (ұ шы) деп атайды.

(3.4) тә уелдігін нақ ты тү рде қ олданылатын термоэлектрод-ты материалдар ү шін аналитикалық тү рде жеткілікті дә лдікте алынбайтынын айта кеткен жө н. Сондық тан температураны ө лшеу кезінде қ олданылатын ә ртү рлі ТЭТ ү шін бұ л тә уелділік градустеу мен тізбекті табуляциялау жолымен немесе термоЭҚ К-тің температурадан тә уелділік графигін қ ұ ру жолымен орнатылады. Градустеу процесінде ТЭТ-нің бос ұ штарын тұ рақ ты етіп жә не оның мә ндерін стандартты тү рде t₀=0⁰C ұ стау қ ажет.

ТЭТ контурындағ ы генерацияланатын термоЭҚ К тек термоэлектродтардың химиялық қ ұ рамы мен дә некер температураларына тә уелді жә не термоэлектродтардың геометриялық ө лшемдері мен дә некер ө лшемдеріне тә уелді емес екенін айта кеткен жө н.

Ө лшеу аспаптарын термоэлектрлі тү рлендіргіш тіз-бегіне қ осу. ТЭТ термоЭҚ К-ін ө лшеу ү шін оның тізбегіне (сурет 3.2) кө рсетілген екі схеманың біреуіндегі ө лшеу аспаптарын қ осады. Ө лшеу аспабын еркін ұ шындағ ы дә некердің ажырауына қ осу (сурет 3.2, а) кезінде ТЭТ-те бір жұ мысшы дә некер 1 мен екі 2 жә не 3 еркін дә некерлер болады.

Сурет 3.2, б схемасы бойынша қ осу кезінде (термоэлектродардың біреуінің ажырауына) ТЭТ-те тө рт дә некер болады: жұ мысшы 1, еркін 2 жә не t₁ температурасы тұ рақ ты болғ ан кездегі екі нейтралды 3 пен 4 дә некерлер. Схемалардың сыртқ ы кө ріністерінің айырмашылығ ына қ арамастан, егер ү шінші С ө ткізгіштің ұ штарындағ ы температуралары бірдей болса, екі жағ дайда пайда болғ ан термоЭҚ К бірдей болатынын кө рсетейік.

Сурет 3.2, а схемасы ү шін

Е_АВС (t t₀ t₀) = e_АВ (t) + e_ВС (t₀) + e_СА (t₀) = 0. (3.6)

Егер барлық дә некердің температуралары бірдей болса, онда

Е_АВС (t₀ t₀ t₀) = e_АВ (t₀) + e_ВС (t₀) + e_СА (t₀) = 0.

Сонда

_А (t₀) = e_ВС (t₀) + e_СА (t₀). (3.7)

(3.7)-ні (3.6)-ғ а қ ойсақ, мынаны аламыз

Е_АВС (t t₀ t₀) = e_АВ (t) + e_ВС (t₀) = e_АВ(t) - e_АВ(t₀) = Е (t t₀), (3.8)

яғ ни (3.8) тең деуі ТЭТ-нің негізгі тең деуі (3.4)-пен толығ ымен сә йкес келеді.