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在金屬和半導(dǎo)體中存在電位差時(shí)產(chǎn)生電流，存在溫差時(shí)產(chǎn)生熱流。從電子論的觀點(diǎn)來看，不論電流還是熱流都與電子運(yùn)動(dòng)有關(guān)，故電位差、溫度差、電流、熱流之間會(huì)存在交叉關(guān)系，這就構(gòu)成了熱電效應(yīng)。1821年德國物理學(xué)家塞貝克（T J Seeback）發(fā)現(xiàn)：當(dāng)兩種不同金屬導(dǎo)線組成閉合回路時(shí)，若在兩接頭維持一溫差，回路就有電流和電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，后來稱此為塞貝克效應(yīng)。其中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為溫差電動(dòng)勢(shì)，上述回路稱為熱電偶。

溫差電動(dòng)勢(shì)一般表示為：

式中的α、β為溫差電動(dòng)勢(shì)的系數(shù)。在一定的溫度范圍內(nèi)，溫差電動(dòng)勢(shì)與溫差是成正比，即兩種金屬構(gòu)成回路有賽貝克效應(yīng)，兩種半導(dǎo)體構(gòu)成回路同樣有溫差電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，而且效應(yīng)更為顯著。在金屬中溫差電動(dòng)勢(shì)約為幾微伏每度，而在半導(dǎo)體中常為幾百微伏每度，甚至達(dá)到幾毫伏每度。因此金屬的賽貝克效應(yīng)主要用于溫度測(cè)量，而半導(dǎo)體則用于溫差發(fā)電。金屬賽貝克效應(yīng)測(cè)溫中，鉑-鉑銠熱電偶可用至高達(dá)1700℃的溫度；鎳鉻-鎳鋁熱電偶有更高的靈敏度和與溫度成正比的電動(dòng)勢(shì)；銅-康銅熱電偶在高于室溫直至15K的溫度范圍仍具有高靈敏度；低于4K的溫度可用特種金鈷合金-銅熱電偶或金鐵合金-鎳隔熱電偶。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

     1.掌握電位差計(jì)的工作原理及使用方法。

     2.了解熱電偶的原理及制作。

     3.用電位差計(jì)測(cè)熱電偶的溫差電系數(shù)。

實(shí)驗(yàn)儀器

     UJ-36型電位差計(jì)（1號(hào)1.5V電池4節(jié)，9伏電池2節(jié)）、熱電偶及加熱裝置、調(diào)壓器。

實(shí)驗(yàn)原理

1.熱電偶測(cè)溫原理，如圖1所示：

把兩種不同的金屬兩端彼此焊接組成閉合回路，若兩接點(diǎn)的溫度不同，回路中就產(chǎn)生溫度差電動(dòng)勢(shì)。這兩種金屬的組合叫熱電偶。溫差電動(dòng)勢(shì)的大小除了和組成的熱電偶材料有關(guān)外，還決定于兩接點(diǎn)的的溫度差。將一端的溫度t₀固定(稱為冷端，實(shí)驗(yàn)中利用冰水混合物)，另一端的溫度t改變(稱為熱端)，溫差電動(dòng)勢(shì)亦隨之改變。電動(dòng)勢(shì)和溫差的關(guān)系較復(fù)雜，其第一級(jí)近似式為

                   E＝α(t -t₀）                        

式中α稱為熱電偶的溫差電系數(shù)，其大小取決于組成熱電偶的材料。

熱電偶可以用電測(cè)量溫度。用一只已知α值的熱電偶，一端溫度固定不變，另一端與待測(cè)物體接觸，再用電位差計(jì)測(cè)出熱電偶回路的電動(dòng)勢(shì)，就可以求出待測(cè)溫度。

由于溫差電動(dòng)勢(shì)較低，因此在實(shí)驗(yàn)中利用電位差計(jì)來測(cè)量。

2.電壓補(bǔ)償法發(fā)原理

電位差計(jì)是利用電壓補(bǔ)償原理而設(shè)計(jì)的電壓測(cè)量工具。先來談一下補(bǔ)償原理，如圖2所示，要知道電阻R兩端的電壓，一般用一只電壓表并到電阻R兩端就可以知道其電壓值，但電壓表有內(nèi)阻，電壓表顯示的電壓值小于真實(shí)值

關(guān)鍵問題：既要測(cè)量出電阻R兩端的電壓值，又不影響被測(cè)電路的特征。下面借助外部電路來完成，如圖3所示。圖中E2為可調(diào)電動(dòng)勢(shì)，E2與電壓表構(gòu)成第二個(gè)回路，電壓表顯示E2的路端電壓U_CD。當(dāng)U_CD<U_AB時(shí)，按下電鍵T，電流計(jì)中有電流通過，方向A→B；當(dāng)U_CD>U_AB時(shí)，按下電鍵T，電流計(jì)中有電流通過，方向A←B；當(dāng)U_CD=U_AB時(shí)，按下電鍵T，電流計(jì)中無電流通過，兩回路中無能量交換，此狀態(tài)被稱為“補(bǔ)償態(tài)”，回路2中電壓表顯示的就是回路1中電阻R兩端的電壓。

在實(shí)際電路中實(shí)現(xiàn)可變電壓的通常采用滑線變阻器得分壓作用，如圖4所示。

3.電位差計(jì)工作原理

電位差計(jì)工作原理圖如圖5所示，回路1為工作回路，回路2為校準(zhǔn)電流回路，回路3為測(cè)量回路。

在電位差計(jì)設(shè)計(jì)過程中，為了定標(biāo)方便，工作回路的電流一般為10ⁿA（如0.01A，即10^-2A）。但工作電流由校準(zhǔn)回路來調(diào)節(jié)，Es、Rs都是定值，調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)器，將K擲向s，當(dāng)工作電流能使工作回路和校準(zhǔn)回路達(dá)到補(bǔ)償時(shí)，工作電流I為（如I = 10^-2A= 10 mA）

在測(cè)量時(shí)，將K擲向x，調(diào)節(jié)R的滑動(dòng)片的位置，若在某一位置，其分得電壓U（=I×Rx）和被測(cè)回路達(dá)到補(bǔ)償，即Vx=U=I×Rx。對(duì)于測(cè)量儀器，讀出的數(shù)據(jù)不應(yīng)是電阻(Rx)值，而是通過簡單計(jì)算得到被測(cè)量的電壓值Vx（=0.01×Rx）。 

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.連接電路

將熱電偶的電壓端接到電位差計(jì)上“未知”端。注意極性，對(duì)銅-康銅熱電偶中康銅斷開，對(duì)應(yīng)冷端為正，相反為負(fù)。 電路如圖6所示

2.校準(zhǔn)工作電流

    先將電位差計(jì)上功能開關(guān) K調(diào)至“標(biāo)準(zhǔn)”，調(diào)節(jié)面板右上角的“電流調(diào)節(jié)”旋鈕，使檢流指“0”，此時(shí)工作電流即調(diào)好了。

3.測(cè)出室溫下的初始電動(dòng)勢(shì)

先將K撥至“未知”，然后，調(diào)節(jié)右下方的讀數(shù)盤，使檢流計(jì)指“0”，同時(shí)讀出溫度計(jì)和電位差計(jì)上讀數(shù)盤的數(shù)值。應(yīng)注意的是面板上“倍率”開關(guān)，若電勢(shì)差太小，請(qǐng)選用×0.2。

4.加熱測(cè)測(cè)量

    每升高約 10℃測(cè)量一組t和E，共測(cè) 6～8組數(shù)據(jù)(包括室溫一組)。   

數(shù)據(jù)處理

      1.列出規(guī)范的數(shù)據(jù)表格，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.用作圖法處理數(shù)據(jù)，以溫差電動(dòng)勢(shì)(E)為縱坐標(biāo)，溫度差(△t)為橫坐標(biāo)，繪出E～△t圖線，并由該圖線求出直線斜率，即溫差電系數(shù)α。 

注意事項(xiàng)

    1.電源的極性均不得接反。如果接反了實(shí)驗(yàn)中會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象?

    2.調(diào)壓器輸入輸出不能接錯(cuò)，否則，要燒壞儀器；通電后手不能觸及接頭處，以防觸電；調(diào)節(jié)時(shí)動(dòng)作要緩慢；調(diào)壓器讀數(shù)不要超過 200V。

    3.當(dāng)發(fā)現(xiàn)檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)劇烈時(shí)，應(yīng)立即松開按鈕進(jìn)行檢查。

    4.每次測(cè)量時(shí)，一定要等溫度穩(wěn)定后再讀數(shù)。溫度穩(wěn)定的方法是：待溫度上升到預(yù)測(cè)的溫度前幾度，將調(diào)壓器的電壓降下來，以控制溫度上升越來越慢，直到穩(wěn)定。溫度穩(wěn)定的主要標(biāo)志是：面板上按鈕按下時(shí)檢流計(jì)指針基本不動(dòng)。

    5.作完實(shí)驗(yàn)后，經(jīng)教師檢查數(shù)據(jù)后才能拆除電路，并將電位差計(jì)面板上“倍率”開關(guān)旋到“斷”。