2023年实验报告温差电动势的测量.doc

大学物理实验报告实验3-7 温差电动势的测量一、实验目的：  测量热电偶的温差电动势 二、实验器材：  UJ31型箱式电位差计、热电偶、光点式或数字式验流计、标准电池、直流稳压电源、温度计、电热杯、带温度显示的水浴锅、保温杯 三、实验原理： 1、热电偶  两种不同金属组成一闭合回路时，若两个接点A、B处在不同温度T0和T，则在两接点A、B间产生电动势，称为温差电动势，这种现象称为温差现象温差电动势的大小除和热电偶材料的性质有关外，另一决定的因素就是两个接触点的温度差（T-T0）电动势与温差的关系比较复杂，当温差不大时，取其一级近似可表达为=-  =C（T-T0） 式中C为热电偶常数(或称温差系数），等于温差1℃的电动势，其大小决定于组成热电偶的材料  热电偶可制成温度计为此，先将T0固定用实验方法拟定热电偶的-T关系，称为定标定标后的热电偶与电位差计配合可用于测量温度与水银温度计相比，温差电偶温度计具有测量范围大（-200～2023℃），灵敏度和准确度高，便于实验遥测和A/D变换等一系列优点 2、电位差计     电位差计时准确测量电势差的仪器，其精度很高。

用伏特表测量电动势，伏特表读数为U=-IR，其中R为伏特表内阻由于U<,故用伏特表不能准确测量电动势只有当I=0时，端电压U才等于电动势  如图，假如两个电动势相等，则电路中没有电流通过，I=0，=假如是标准电池，则运用这种互相抵消的方法就能准确地测量被测的电动势，这种方法称为补偿法，电位差计就是基于这种补偿原理而设计的 在实际的电位差中，必须大小可调，且电压很稳定电位差计的工作原理如图所示，其中外接电源E、制流电阻和精密电阻串联成一闭合电路，称为辅助回路当有一恒定的标准电流流过电阻时，改变上两滑动头C、D的位置就能改变C、D间的电位差的大小由于测量时应保证恒定不变，所以在实际的电位差计中都根据大小把电阻的数值转换成电压值，并标在仪器上相称于上面的“”，测量时把滑动头C、D两端的电压引出与未知电动势进行比较  （1）校准： 根据标准电池电动势的大小，选定C、D间的电阻为，使=，调节改变辅助回路中的电流，当验流计指零时，上的电压恰与补偿回路中标准电池的电动势相等由于和都准确地已知，这时辅助回路中的电流就被精确地校准到所需要的值  （2） 测量： 把开关倒向一边，只要，总可以滑动C、D到使检流计再度指零。

这时间的电压恰和待测的电动势相等设之间的电阻为，可得=因已被校准，也就知道了  由于电位差计的实质是通过电阻的比较把待测电压与标准电池的电动势作比较，此时有                    因而只要精密电阻做得很均匀准确、标准电池的电动势准确稳定、检流计足够灵敏、电源很稳定，其测量准确度就很高，且测量范围可做的很广但是，在电位差计的测量过程中，工作条件常易发生变化（如辅助回路电源E不稳定，制流电阻不稳定等），为保证工作电流标准化，每次测量都必须通过校准和测量两个环节，且每次要达成补偿都要进行细致的调节，所以炒作较为繁琐、费时由于数字式电压表的精度和准确度都很好，温差电动势的测量也可以采用数字电压表测量前，需要把数字电压表的两个接线端连接起来，对数字电压表进行调零把数字电压表的两个接线端接在温差电偶的两个信号输出端，选择合适的电压量程，就可以开始测量 四、实验环节 1、给水浴锅加水至与烧杯内水面相平，盖好盖子，给保温杯装适量水 2、把数字万用表调零3、将热电偶的一端置于水浴锅中，另一端置于保温杯中4、将数字万用表和热电偶的红黑接线柱相连，接通电源，开始实验 5、测量升温过程不同温度点的温差电动势。

从61℃开始，每隔4℃测量一次，至89℃为止数据记录到表3-7-1内注意，在这个温度梯度中，任选两组温度进行数据记录，作为验证组表3-7-1 测量数据表热端温度T/℃开尔文温标T/K降温电动势/mV 五、数据记录：表3-7-1 测量数据表热端温度T/℃61656973验证组7781验证组85897583开尔文温标T/K334338342346348350354356358362降温电动势/mV1.291.471.661.821.901.982.152.252.352.51六、数据解决1、 运用最小二乘法定出温差系数C 根据表3-7-1 测量数据表的数据，作图有： 由上图可知，热电偶的温差系数为 C=4.34×10-2mV/K 热电偶的-T关系为为 =4.34×10-2T-13.186 （1）2、 -T关系的验证 将实验组数据带入（1）式中有 验证1=4.34×10-2×348-13.186=1.917mV 验证2=4.34×10-2×356-13.186=2.264mV则 的验证值和真实值之间的误差为：七、实验结论 由以上数据解决可知，两组的验证值和实验值的误差分别为0、84%和0.58%，在误差的范围内，可以认为验证1=真实1，验证2=真实2。

所以温差电动势和温度之间的关系可以用式子（1）来表达，即 =4.34×10-2T-13.186八、误差分析 1、升温过快，认为数据记录不够准确 2、水浴锅所带的温度显示器所测出的温度为水浴锅中水的温度，不是烧杯中水的温度，水浴锅中的水达成了所需要的温度而烧杯中的水也许尚未达成所需温度，这就给数据记录带来了误差九、思考题1、使用电位差计测量位置电压前要进行哪些操作？  答：检查电位差计量，计量检定合格证是否真实有效；大体判断要测量的电压范围，确认是在电位差计的测量范围之内，否则不能进行测量；接线；标准化，使检流计指零；将读数置于先前估计的范围内；测量 2、如何拟定热电偶的正负极性？  答：可在工作端加热，然后用仪表测量热电势，若读数增长，则接仪表正端的即为正极，另一端为负极 3、 为什么电势差计必须通过工作电流标准化后方可进行对的测量？ 答：一般便携式电位差计使用电池，电池电压会慢慢减少的，为使测量准确，每次测量前都要用内部标准电池校对。