Co je termočlánek a jak to funguje

Termočlánky existují kvůli takovým jevům, jako je rozdíl kontaktního potenciálu. Pokud jsou dva různé pevné vodiče nebo polovodiče přivedeny do těsného kontaktu mezi sebou, vytvoří se v blízkosti místa jejich kontaktu oddělené elektrické náboje. V tomto případě dojde na vnějších koncích těchto vodičů k potenciálnímu rozdílu. Tento potenciální rozdíl se bude rovnat rozdílu v pracovní funkci pro každý kov dělený elektronovým nábojem

Je zřejmé, že pokud zavřete takový pár do kruhu, výsledný EMF bude nulový, ale pokud je na jedné straně stále otevřený, pak bude existovat skutečný EMF od desítek voltů do jednotek voltů, v závislosti na tom, co to je pro materiály.

Samozřejmě není možné měřit rozdíl kontaktního potenciálu pomocí voltmetru, projeví se však na charakteristice proud-napětí, například se projeví v tranzistoru a v diodě na křižovatce p-n.

Pointa je, že když se například dostanou do kontaktu dva kovy, systém zmizí z rovnováhy, protože chemické potenciály těchto dvou kovů nejsou si navzájem rovny, v důsledku toho se elektrony rozptylují ve směru snižování jejich energie, což zase vede ke změně náboje a elektrický potenciál kontaktovaných kovů. Takže v oblasti blízkého kontaktu začíná růst elektrického pole a jako výsledek máme to, co máme.

Pokud nyní vezmeme znovu v úvahu tyto dva vodiče z různých kovů, pouze uzavřené v kruhu, když celkový emf v uzavřeném obvodu bude nulový, dostaneme dvě kontaktní místa. Budeme nazývat tato místa křižovatkami.

Takže existují dvě křižovatky dvou různých vodičů. Co když se pokusíte zahřát jeden ze spojů a druhý ponechat při pokojové teplotě? Je zřejmé, že protože připojené kovy jsou různé a v každém spoji je rozdíl kontaktního potenciálu, budou křižovatky zažívat různé odchylky EMF při různých teplotách.

Experiment prokazuje, že potenciální rozdíl mezi křižovatkami bude úměrný rozdílu v jejich teplotách, takže můžete zadat koeficient proporcionality, který se nazývá termo-EMF. Pro různé termočlánky se bude termo-EMF lišit.

Pokud je napětí měřeno v souvislosti s takovým prstencem, pak bude v určitém teplotním rozsahu téměř přesně úměrné teplotnímu rozdílu spojů. A i když ponecháte pouze jednu křižovatku (jako na obrázku) a pouze ji zahřejete a změříte napětí mezi dvěma konci umístěnými při stejné pokojové teplotě, stále můžete najít velmi jasnou závislost EMF na aktuální teplotě spoje. Takto fungují termočlánky.

Popsaný fenomén se týká termoelektriky a samotný účinek, na jehož základě fungují všechny termočlánky, se nazývá Seebeckův efekt, na počest svého objevitele - Thomase Seebecka. Dnes najdete průmyslové termočlánky, ve kterých jsou elektrody v závislosti na požadovaném měřeném teplotním rozsahu vyrobeny ze speciálně vybraných slitin.

Například termočlánky vyrobené z chromu a slitin hliníku mají koeficient tepelné emfence 40 mikrovoltů na ° C a jsou určeny k měření teplot v rozmezí od 0 do + 1100 ° C. Dvojice měděných konstantanů, tak populárních jako demonstrační nástroj, vám umožňuje měřit teploty od -185 do + 300 ° C.

Jeho termo-EMF silně závisí na specifickém teplotním rozdílu, proto pro vyhodnocení jeho parametrů je vhodné použít tabulku, například při studené spojovací teplotě 0 ° C, při teplotním rozdílu 100 stupňů, bude potenciální rozdíl měděného konstantního páru přibližně 4,25 mV.