第十章(热学).ppt

1、帕耳帖效应： 1834年J. C. A. Peltier发现 一 热电效应 在某一温度下，当两种金属A和B相互接触时，若金属A的电子能量高，则电子要从A流向B，在金属A和B之间产生接触电势，若沿AB方向通以电流，则接触点处要吸收能量，若从反方向通以电流，则接触点处要放出能量，这种现象称为帕尔帖效应。 吸收或放出的能量称为帕尔帖热。 帕尔帖热的测量： 可以用实验法确定： 帕尔帖热和焦耳热总是叠加在一起的，焦耳热与电流方向无关，帕尔帖热与电流方向有关，利用这一特点可用正反通电法将其测出。 可先从一个方向通以电流，测得热量，而后再从另一个方向通以电流，测得热量，二者之差2QP即为帕尔帖热。 2.汤姆逊效应 当一根金属导线两端温度不同时，若通以电流，则在导线中除产生焦耳热外，还要产生额外的吸放热现象，这种热电现象——汤姆逊效应。 电流方向与导线中热流方向一致时产生放热效应，反之产生吸热效应。吸收或放出的热量称为汤姆逊热 3.赛贝克效应： 1821年T. J. Seebeck发现。 当两种不同的金属或合金A,B联成闭合回路，且两接点处温度不同，则回路中将产生电流，这种现象称为赛贝克效应。 相应的电动势称为热电势，其方向取决于温度梯度的方向，若在热端电流由A流向B，则B为正A为负，即在热端电流由负流向正。 赛贝克效应的实质在于两种金属接触时，由于电子逸出功不同及电子浓度不同而产生的接触电势差 。 二、基本定律 1、中间导体定律 用热电偶测温时，在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体的两端温度相同，则不影响热电偶回路的总电势。即 如图将热电偶冷端T0打开，接入仪表，只要仪表的两接入端T01、T02温度相同，就不会影响原来热电偶回路电势的大小。接入的第三种导体C称之为中间导体。显然这一定律在实现热电偶测温工作中十分有用。 中间导体定律 2、标准电极定律 导体A、B 组成热电偶的回路电势EAB（T，T0），等于导体A、C 和C、B 组成热电偶回路电势EAC（T，T0）与 ECB（T，T0）之代数和。即 导体C 被称为标准电极，通常用纯铂（Pt）作标准电极。 3、中间温度定律 热电偶在接触点温度为T、T0时的回路电势，等于该热电偶在接触点温度为 T、Tn和Tn、T0（T＞Tn＞T0）时回路电势之代数和。即 EAB（T,T0）＝EAB（T,Tn）+EAB（Tn，T0） 若T0＝0则有 EAB（T，0）＝EAB（T，Tn）+EAB（Tn，0） 这个定律在热电偶冷端温度校正时很有用。 4、均质导体定律 （1）两种均质金属组成的热电偶，其热电势大小与热电极直径、长度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与热电极材料和两端温度有关。 （2）如果热电极材质不均匀，则当电极上各处温度不同时，将产生附加热电势，造成无法估计的测量误差。因此，热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要指标之一。 三、影响热电势的因素 1、金属本身的影响 不同金属由于其电子逸出功和自由电子密度不同，热电势也不同。 2．温度的影响 热电势与两接点处的温度差成正比，如果保持冷端温度不变，则热电势应与热端温度成正比； 热电势还受其他一些因素的影响，使这种正比关系只能近似成立。 3、合金化的影响 （1）当合金的某一成分形成化合物时，其热电势会发生突变（增高或降低），若化合物具有半导体性质时，由于共价结合加强，其热电势显著增加. （2）多相合金的热电势处于组成相的热电势之间，如两相的电导率相近，则热电势与体积浓度几乎呈直线关系. 4、含碳量对钢热电势的影响 （1）钢的含碳量和其组织状态对热电势有显著的影响，纯铁和钢组成热电偶时，其热电势铁为正钢为负。 （2）钢中的含碳量越高热电势越负，铁与钢组成的热电偶的热电势就越大。 （3）含碳量相同时，淬火态比退火态的热电势要高，表明碳在铁中的固溶所引起的热电势的变化要比形成碳化物强烈的多。 四、热电势的测量与应用 S和G1、G2组成热偶。导线与样品为同种金属材料，其组织状态为完全稳定的退火态。 S与G1、G2的两个接触点分别紧紧压入铜块中，并用云母片与铜块绝缘。铜块的温度可以用电加热装置控制，温度差用示差热电偶测量。 试样热偶和测温热偶的冷端均放入的恒温槽中，以消除环境对冷端的影响。 五、热电偶的选择 热电极是热电偶的主要元件，对热电极材料基本要求： （1）热电势要足够大，测温范围宽，线性好 （2）热电特性稳定 （3）理化性能稳定，不易氧化、变形和腐蚀 （4）电阻温度系数小，电阻率小 （5）易加工复制性好 （6）价格低廉 热电偶的结构类型很多，其特性及应用