Описание экспериментальной установки

Для измерения коэффициента Пельтье используется установка, схематически изображенная на рис. 2. Спаи термопары П (А и В) имеют тепловой контакт с термометрическими телами 1 и 2, помещенными в калориметр. Пусть за время t на спае А, а, значит, на первом термометрическом теле выделится количество теплоты

, 

где

Q_ДЖ=I²R_Пt

– количество теплоты выделяемое на активном сопротивлении спая R_П  в соответствии с законом Джоуля – Ленца; Q_П – теплота, выделяющаяся за счет эффекта Пельтье.

На втором теплообменном теле за это же время выделится теплота

,

знак “–” соответствует теплоте, поглощаемой спаем.

Рис. 2. Установка для исследования эффекта Пельтье.  П – термопара для наблюдения  эффекта Пельтье. А и В – спаи измерительной термопары медь-константан, помещенные на термометрические тела 1 и 2.  R – спираль нагревательного элемента.

Для проведения измерений к установке необходимо подключить измерительные приборы и источники питания, как показано на рисунке 3.

Рис. 3. Принципиальная схема подключения установки для исследования эффекта Пельтье.

Пропуская ток I_П через проволоки термопары П и регулируя его величину магазином сопротивлений R₁, можно добиться некоторого различия в температурах спаев A и B, а значит, – термометрических тел. На различие температур термометрических тел в опыте указывает появление небольшой термо-ЭДС на спаях измерительной термопары, измеряемой с помощью потенциометра ПП-63.

Пусть правый спай охлаждается, а левый нагревается. Разность температур DТ этих спаев можно определить с помощью графика (cм. рис. 4) зависимости ЭДС дифференциальной термопары от температуры.

Рис. 4 Градуировочный график термопары медь-константан

Изменение температуры спаев и показаний потенциометра ПП=63 будет происходить до установления теплового равновесия термометрических тел с окружающей средой. В конечном счете, установится некоторая разность температур DТ между термометрическими телами, и показания потенциометра ПП-63 перестанут изменяться.

На каждом термометрическом теле помещена нагревательная спираль, с помощью которой можно менять их температуру (за счет выделяющего в спирали тепла Джоуля – Ленца). При подогреве более холодного тела разность температур DТ будет уменьшаться. С помощью магазина сопротивлений R33 можно установить такую силу тока нагревателя I, что термометрические тела получат одинаковую температуру - (стрелка потенциометра возвратится на нулевое деление). В этом состоянии количество теплоты, выделяемой в единицу времени правым спаем, равно количеству теплоты, выделяемому в левом спае:

,

где Q_ДЖ - количество джоулева тепла, выделяемого в спаях при прохождении тока, Q¢_ДЖ - количество джоулева тепла, выделяемое нагревательной спиралью. Из последнего равенства следует, что

,                                                             (2)

поскольку , где R - сопротивление спирали нагревателя.

Таким образом, количество теплоты Пельтье, выделяемое в единицу времени равно

.

Откуда следует, что коэффициент Пельтье равен

                                                                 (4)