CN206975892U - 帕尔帖效应实验仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种研究帕尔帖效应的实验仪，该实验仪包括直流稳压电源，恒流源、电流表、温度计、计时器、绝热室、多种不同材料和形状的导体、半导体。直流稳压电源提供各电路所需的工作电压。绝热室内设有固定材料连接头和温度计探头的槽沟，可改变导体材料之间的接触面积。材料与恒流源、电流表串联构成回路，恒流源控制输出电流的大小，电流表测量输出电流的数值。温度计的探头与置于绝热室内材料的连接头紧密接触，测量和显示绝热室内材料连接头处的温度。计时器用于记录温度随时间的变化。高校师生可用该实验仪探究帕尔帖热与电流大小、材料性质、材料接触面积之间的关系，以及根据帕尔帖效应设计制冷或制热机实验。
Description
技术领域
本实用新型涉及高校物理实验教学仪器领域，特别涉及一种温差电现象的帕尔帖效应实验仪。
背景技术
帕尔帖效应是指将不同材料的导体（或半导体）A 和导体（或半导体）B的两端相互紧密接触，当与外加电源串联构成闭合回路，外加电流流过两接触处时，会出现一端吸热而使温度下降，另一端放热而使温度升高的温差电现象。这种因电流流过而产生的温差的大小与材料性质、电流大小方向等因素有关。利用帕尔帖效应可设计制作电制冷或制热机，特别是电制冷，得到了广泛应用。可是目前高校物理实验教学中缺少用于定量测量研究帕尔帖效应的实验仪。
发明内容
有鉴于此，本实用新型旨在填补定量研究帕尔帖效应的实验装置的空白，提供一种定量测量帕尔帖效应与材料性质、电流大小方向、接触面积等因素关系的实验仪，为师生设计制作电制冷、制热机提供实验平台。
一种帕尔帖效应实验仪，包括：
直流稳压电源、恒流源及控制器、电流表、温度计、绝热室、计时器等。直流稳压电源为电路提供工作电压或电流；
温度计，测量材料不同位置的温度；
绝热室，固定材料相互间的连接和温度计的探头，减小与环境的热交换；
多种用于实验的不同性质形状的导体和半导体。
作为优选，采用恒流源及控制器控制输出电流大小和方向，定量测量帕尔帖热与电流的关系。
进一步的，所述恒流源及控制器、电流表与二种或二种以上材料构成回路，回路中的电流由恒流源提供，大小由数字电流表测量并显示。
进一步的，置于绝热室中的温度计探头，探测固定于绝热室的二种材料接头处温度的变化，温度计探头探测到的温度信号经导线传到温度传感器，与基准电压对比，经运算电路运算得到结果，送往LED显示器，显示温度的数值。
进一步的，计时器用于记录绝热室内的温度随时间的变化，以及计算不同实验方案，材料连接处吸收或放出热量的多少。
进一步的，提供多种材料的导体和半导体，定量研究帕尔帖效应与材料性质、接触面积等因素的关系。
本实用新型的特点是可通过定量测量研究影响帕尔帖效应的因素，为师生设计制作电制冷、制热机提供实验平台，为高校物理实验教学和研究，提供一种较为完善和精密的实验装置。
附图说明
图1是本实用新型的第一实施方式中的结构示意图。图中：1、材料A，11、两材料接触端A，12、两材料接触端B，21、绝热室A，22、绝热室B，31、温度计A探头，32、温度计B探头，41、材料B，42、材料B，51、温度计A，52、温度计B，6、电流表，7、恒流源及控制器，8、直流稳压电源，9、计时器。
图2是本实用新型的第二实施方式中的结构示意图。图中：10、两半导体材料接触面，11、半导体材料A，12、半导体材料B， 21、温度计A的探头，22、温度计B的探头，31、绝热室A，32、绝热室B，41、导线A，42、导线B，51、温度计A，52、温度计B，53、温度计C，5、温度计C的探头，6、电流表，7、恒流源，8、直流稳压电源，9、计时器。
具体实施方式
下面结合附图，详细说明本实用新型的具体实施方式。
第一实施例为导体材料，请一并参考图1，直流稳压电源8 把 220V 交流市电变成纹波较小的直流电，为恒流源7、数字电流表6、温度传感器51、52、53、计时器9提供工作电源。恒流源7提供和控制恒流输出，加到由导体材料A和B组成的外电路上，经数字电流表6测量显示回路电流大小和方向。
本实施例的导体材料A 1的一端与材料B 41的一端紧密接触，形成接触面11，固定于绝热室21的底座上；导体材料A 1的另一端与材料B 42的一端紧密接触，形成接触面12，固定于绝热室22的底座上，记下接触面11、12的长度和宽度。材料B 41的另一端与数字电流表6连接，材料B 42的另一端与恒流源7连接，构成回路。
数字温度传感器51的探头31靠紧绝热室21中的接触面11，探测接触面11的温度；数字温度传感器52的探头32靠紧绝热室22中的接触面12，探测接触面12的温度。
探索帕尔帖效应与通过导体材料A和B的电流大小的关系。接通直流稳压电源，调节恒流源输出电流，从小往大增，如1A，2A，…。先控制输出电流为1A，打开计时器9开始记时，并记录温度传感器51、52中的示数，观测温度的变化，直到温度传感器51、52中的示数不变，此时热传递达到稳定状态，停止记时。调节恒流源输出电流为2A，重复以上操作。以此类推，直到恒流源输出电流为最大。分析帕尔帖效应与通过导体材料A和B的电流大小的关系。
探索帕尔帖效应与材料性质的关系，选择不同的材料A与B组合，固定于绝热室21、22上，重复上述步骤和操作，测量帕尔帖热与材料性质的关系。
探索帕尔帖效应与接触面积的关系，选择某种材料A与B组合，改变A与B的接触面积，重复上述步骤和操作。
设计制冷机、制热机，根据上述实验结果，选择二种材料A与B组合成多个支路，然后将多个支路并联或串联，构成不同的连接方案，加上电流，测量不同方案温度变化和所用时间，计算吸收和放出的热量，推算导体材料电制冷、电制热的效率。
第二实施例为半导体，请一并参考图2，直流稳压电源8 把 220V 交流市电变成纹波较小的直流电，为恒流源7、数字电流表6、数字温度传感器51、52和53、计时器9提供工作电源。恒流源7提供和控制恒流输出，加到由半导体材料A和B组成的外电路，经数字电流表6测量并显示电流的大小。
本实施例的半导体材料A 11的一端与半材料B 12的一端紧密接触，形成接触面10，固定于绝热室31、32的底座上；半导体材料A 11的另一端与数字电流表6连接，半导体材料B 12的另一端与恒流源7连接，构成回路。
数字温度传感器51的探头21靠紧绝热室31中的半导体材料A 11的接触面，探测半导体材料A 11的接触面的温度；数字温度传感器52的探头22靠紧绝热室32中半导体材料B12的接触面，探测半导体材料B 12的接触面的温度；数字温度传感器53的探头5靠紧绝热室半导体材料A与B的接触面10，探测接触面10的温度。
探索帕尔帖效应与通过半导体材料A和B的电流的关系。接通直流稳压电源，调节恒流源输出电流从小往大增，如1A，2A，…。先控制输出电流为1A，打开计时器9开始记时，并记录数字温度传感器51、52、53中的示数，观测半导体材料A、B二面温度的变化，直到温度传感器51、52、53中的示数不变，此时热传递达到稳定状态，停止记时。调节恒流源输出电流为2A，重复以上操作。以此类推，直到恒流源输出电流为最大。分析帕尔帖效应与通过半导体材料A和B的电流的关系。
探索帕尔帖效应与半导体材料性质的关系，选择不同的半导体材料A与B组合，重复上述测量，分析帕尔帖效应与半导体材料性质的关系。
设计制冷机、制热机，根据上述实验结果，选择二种半导体材料A与B组合成多个支路，然后将多个支路进行串联或并联，构成不同的方案，加上电流，测量温度变化和所用时间，计算吸收和放出的热量，推算半导体材料电制冷、电制热效率。
可以理解的，用于发热的电源，可以是恒流源或普通电源；用于测量温度的数字温度计，可以是一个、二个或更多，也可以是基于其它原理的温度计；用于测量电流的数字电流表，可以是机械指针式电表，个数一个以上即可。
本实用新型提供了一种帕尔帖效应实验仪，本技术领域的技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本实用新型要求保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种帕尔帖效应实验仪，其特征在于，包括：
由直流稳压电源，恒流源及输出控制器、电流表、温度计、计时器、绝热室、多种不同材料和形状的导体、半导体构成；所述的恒流源、电流表与二种不同材料串联构成回路，互联而形成的接头固定于所述的绝热室中，其中，恒流源的一个输出端与所述材料A的一端相连，接头置于所述的绝热室中，恒流源的另一个输出端与电流表的一端相连，电流表的另一端与材料B的一端相连，接头置于另一个绝热室中，材料A的另一端与材料B的另一端相连，接头置于第三个绝热室中；所述温度计的探头插入绝热室，与材料接头相接触。
2.如权利要求1所述的帕尔帖效应实验仪，其特征在于，直流稳压电源，具有纹波小，多路输出，能同时为恒流源及控制器、数字电流表、多个数字温度计、计时器电路提供工作电压或电流。
3.如权利要求1所述的帕尔帖效应实验仪，其特征在于，有多个绝热室，固定材料相互间的连接和温度计探头，减小与环境的热交换。
4.如权利要求1所述的帕尔帖效应实验仪，其特征在于，所述恒流源、数字电流表与二种或二种以上材料构成回路，回路中的电流大小和方向由恒流源提供和控制，由数字电流表测量并显示，定量测量帕尔帖热与电流的关系。
5.如权利要求1所述的帕尔帖效应实验仪，其特征在于，含有一个以上数字温度计，其探头安置于绝热室中的材料相互连接处，探测固定于绝热室的二种材料接头处温度的变化，温度计探头探测到的温度信号经导线传到温度传感器，与基准电压对比，经运算电路运算得到结果，送往LED显示器，显示温度的数值。
6.如权利要求1所述的帕尔帖效应实验仪，其特征在于，计时器用于记录绝热室内的温度随时间的变化，计算不同实验方案，材料连接处吸收或放出热量的多少。
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| CN113447785A (zh) * | 2020-03-24 | 2021-09-28 | 中国科学院化学研究所 | 一种有机半导体材料帕尔帖效应测试方法 |
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| CN113447785B (zh) * | 2020-03-24 | 2022-05-27 | 中国科学院化学研究所 | 一种有机半导体材料帕尔帖效应测试方法 |
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