Nalazite se na CroRIS probnoj okolini. Ovdje evidentirani podaci neće biti pohranjeni u Informacijskom sustavu znanosti RH. Ako je ovo greška, CroRIS produkcijskoj okolini moguće je pristupi putem poveznice www.croris.hr
izvor podataka: crosbi

Termočlanci kao senzori temperature (CROSBI ID 94887)

Prilog u časopisu | popularni rad

Smontara, Ana Termočlanci kao senzori temperature // Matematičko fizički list, 53 (2002), 2; 97-99

Podaci o odgovornosti

Smontara, Ana

hrvatski

Termočlanci kao senzori temperature

U znanosti i tehnologiji termočlanci, zbog svoje velike osjetljivosti imaju široku upotrebu kod preciznog mjerenja temperature, te ćemo dati osnovni princip rada termočlanka. Najednostavniji termočlanak čine dva povezana kontaktna spoja metala s različitim izlaznim radom. Prolazak struje kroz metal ne izaziva u njemu kemijske promjene. Električna vodljivost metala nije povezana s pomacima atoma u vodiču, već je određena gibanjem elektrona. Da bi se mogao objasniti elektronski karakter provođenja kroz metale, treba prihvatiti disocijaciju atoma na elektrone i pozitivne ione, zbog čega se u metalima nalazi veliki broj slobodnih elektrona. Ovi se elektroni mogu slobodno gibati po kristalnoj rešetci metala koju tvore ioni. Slobodni elektroni u metalima izvode kaotično termičko gibanje. Ako postoji i električno polje, ono usmjerava njihovo gibanje, čiji pomaci čine električnu struju. Hipoteza o mogućnosti slobodnog gibanja elektrona u metalima može se potvrditi razmatranjem energije veza između elektrona i pozitivnih iona koji su postavljeni po vrhovima kristalne rešetke metala. Uzmimo u razmatranje dva susjedna pozitivna iona A1+ i A2+ koji su na stalnoj udaljenosti. Svaki od njih se može smatrati točkastim nabojem. Potencijalna energija Ep uzajamnog djelovanja elektrona i pozitivnog iona ima vrijednost Ep=-konst/r, gdje je r udaljenost elektrona od iona. U prostoru između iona potencijalna krivulja ima oblik duboke potencijalne jame. Kako je područje u kojem je potencijalna energija konstantna mnogo veće od širine jame, može se računati da je potencijalna energija unutar metala konstantna i iznosi Epa. Pošto se potencijalna energija izvan metala Epo veća od Epa, elektron se unutar metala nalazi u potencijalnoj jami. Ako se pretpostavi da je Epo=0, tada je Epa<0. Neka je ukupna energija elektrona E i neka ona zadovoljava nejednakost Epo<E<Epa, u tom slučaju elektron se može slobodno gibati unutar metala, ali iz njega može izaći jedino, ako izvrši rad koji je jednak Epo-E>0, što je karakteristična veličina za svaki metal posebno i naziva se izlazni rad metala. Kad se dva različtita metala spoje, rad koji je potrebno izvršiti da jedan elektron pređe iz jednog metala u drugi manji je od izlaznog rada. Elektroni koji imaju dovoljnu energiju (prema statističkoj raspodjeli izvjestan broj elektrona i na nižim temperaturama ima neophodni minimum kinetičke energije da napusti metal) prelaze iz metala s nižim izlaznim radom u drugi metal sve dok se ovaj ne naelektrizira (negativno) do određenog potencijala. Na taj se način između dva različiuta spojena metala javlja potencijalna razlika, napon, koji se naziva kontaktni ili dodirni napon. Veličina kontaktnog napona ovisi o vrsti vodiča koji se dodiruju, a mijenja se s temperaturom. Kontaktni napon različitih parova metalnih vodiča je, općenito, mali i reda je veličine nekoliko mikro volta. Pojavu je otkrio Volta 1793. g., pa se naziva Voltin efekt. Ispitujući kontaktni napon između različitih metala, Volta ih je poredao po veličini i polaritetu napona u jedan niz. Dovedu li se u dodir bilo koja dva metala voltinog niza, metal bliže lijevom kraju nabije se pozitivno, a onaj bliže desnom negativno. Pb se, na primjer, u dodiru sa zlatom nabije pozitivno, a u dodiru sa Zn negativno. Ako se dva metala spoje, kroz njih ne teče struja, jer se razlike kontaktnih potencijala na mjestima spojeva A i B međusobno poništavaju. Ako se spoj A dovede na temperaturu različitu od temperature spoja B, pri čemu je TA>TB, kroz krug protiče struja. Ukupna suma promjene kontaktnog potencijala tzv. elektromotorna sila (EMS), različita je od nule. Ona održava stalnu struju u krugu tzv. termostruju. Spoj metala koji na opisan način proizvodi termostruju naziva se termočlankom. Ovu je pojavu otkrio njemački fizičar Seebek 1821. god., pa se zato i naziva Seebeckov efekt. Mada je cijeli niz eksperimenata pokazao da je EMS termočlanka složena funkcija temperature, kao i da zavisi od prirode metala, postoje termočlanci, kod kojih je termoelektromotorna sila u dovoljno širokom intervalu proporcionalna razlici temperatura spojišta, odnosno E=S(T1-T2), gdje je S termoelektrični koeficijent para metala koji sačinjavaju termočlanak. Termoelektrični koeficijent je brojno jednak EMS koja se javlja pri razlici temperatura spojeva od 1K. Stoga se termočlanci koriste za mjerenje temperature. To su u stvari električni termometri koji su vrlo osjetljivi i podesni za mjerenje temperature u širokom rasponu vrijednosti, od temperature tekućeg helija (4.2 K) do sobne tempoerature (293 K) (termočlanak koji tvore: volfram-volfram+25% molibdena).Za ovakva mjerenja temperature u laboratorijima se koristi termočlanak kojeg čine dvije žice od različitih metala A i B. Pad napona se mjeri osjetljivim galvanometrom ili mikroampermetrom. Jedan spoj metala se obično nalazi na temperaturi 273 K= 0oC (smjesa vode i leda). Drugi spoj stavlja se mjesto gdje se mjeri temperatura. Da bi se datim termočlankom temperatura mogla mjeriti, on se predhodno mora baždariti. Uz predpostavku da posjedujemo baždarne termočlanke vrlo je lako realizirati razne uređaje za održavanje konstantne temperature određenog procesa odnosno moguće je uz pomoć računala interaktivno voditi određeni tehnološki proces. Potrebno je i spomenuti da bi termočlanak mogao služiti i kao izvor struje. On direktno pretvara toplinsku energiju, koju crpi iz sredstava s višom temperaturom, i djelomično je predaje sredini s nižom temperaturom a djelomično ju pretvara u električnu. Međutim količina tako dobivene energije je vrlo mala pa takvo korištenje termočlanka u tehnologiji nije isplativo.

termočlanci; Seebeckov koeficijent

nije evidentirano

engleski

Termocouples a sensors of the temperature

nije evidentirano

thermocopules; Seebeck coefficient

nije evidentirano

Podaci o izdanju

53 (2)

2002.

97-99

objavljeno

1332-1552

Povezanost rada

Fizika, Pedagogija