CN206975893U - 塞贝克效应实验仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种研究塞贝克效应的实验仪，该实验装置包括直流稳压电源、电位差计、热源、绝热室、电压表、恒压源、电流表、温度计、负载、计时器、多种不同材料和形状的导体、半导体PN结。直流稳压电源提供各电路的工作电压。电位差计测量不同材料相互接触产生的接触电动势，以及温差引起的温差电动势。材料的连接头安置于绝热室的热源中，热源将恒压源提供的电能转化为热能，使材料的连接头温度升高，电流表测量通过热源的电流，电压表测量恒压源的输出电压，温度计测量材料不同位置的温度。当材料冷端接入电流表和负载可研究温差发电效率和功率。计时器用于记录温度随时间的变化。本实用新型为高校师生提供了一种定量研究塞贝克效应，测量温差发电与温度、材料性质关系的实验仪器。
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塞贝克效应实验仪器。
背景技术
塞贝克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，当相互接触的一端温度大于另一端，便因温度不等而产生电动势和电流的温差电现象。这种因温差而产生的电动势与材料性质、温差大小等因素有关。根据塞贝克效应可利用废热发电，具有重要的应用价值。可是目前的塞贝克效应实验装置，存在三个问题：一是仅限于测量半导体温差与电动势的关系，缺少考虑测量导体温差与电动势的关系；二是没有测量接触电动势的功能；三是没有考虑负载，没有研究负载接入后，温差电流、发电效率与温差、材料性质的关系。
发明内容
有鉴于此，本实用新型旨在较为全面深入研究塞贝克效应，提供一种定量测量塞贝克效应与材料性质、温差大小等因素关系的实验装置，进一步满足物理实验教学需要，为师生设计制作温差发电机和温度传感器提供实验平台。
一种塞贝克效应实验仪，包括：
直流稳压电源、恒压源及控制器、热源、绝热室、电位差计、数字电压表、电流表、数字温度计、负载、计时器、多种不同材料和形状的导体、半导体PN结。直流稳压电源为电路提供工作电压或电流；
电位差计测量材料A与B的接触电动势和温差电动势；
恒压源及控制器为热源发热提供工作电流；
计时器记录热源和温差发电做功的时间。
进一步地，热源固定在绝热室中，与恒压源、数字电流表串联构成回路。数字电流表测量通过热源的电流。数字电压表与热源并联，测量加在热源上的电压。
进一步地，材料A与B的连接处穿过热源，固定在绝热室内，温度计的探头帖近材料A与B的连接面，探测高温端接触面的温度。
进一步地，在材料A与B的冷端或导线引出端，串有电流表测量温差电流。电位差计并联在材料A与B的冷端或导线引出端，测量接触电动势或温差电动势。数字温度计探头接在材料A与B的冷端或导线引出端，测量低温端的温度。
进一步地，负载与数字电流表串联，接入材料A与B的冷端，数字电流表测量通过负载的温差电流。数字电压表与负载并联，测量加在负载上的温差电压。数字温度计探头与材料A、B的冷端相连，检测接入负载后材料A、B冷端的温度。
本实用新型的特点是可通过定量测量，研究影响塞贝克效应的因素，为高校物理实验教学和研究，提供一种较为完善的实验装置。
附图说明
图1为本实用新型的第一实施方式中的结构示意图。图中：1、直流稳压电源，2、绝热室，3、导体材料A与B的接触面，4、热源，5、恒压源，6、数字电位差计，7、计时器，21、数字电压表A，22、数字电压表B，31、数字电流表A，32、数字电流表B，41、数字温度计A，42、数字温度计C，43、数字温度计B，411、数字温度计A的探头，421、数字温度计C的探头，431、数字温度计B的探头，51、负载B端，52、负载A端，81、接线柱A，82、接线柱B，91、导体材料A，92、导体材料B。
图2为本实用新型的第二实施方式中的结构示意图。图中：1、直流稳压电源， 2、半导体材料B，3、半导体材料A，4、半导体热源，5、恒压源，6、数字电位差计，7、计时器，21、数字电压表A，22、数字电压表B，31、数字电流表A，32、数字电流表B，41、数字温度计A，42、数字温度计C，43、数字温度计B，411、数字温度计A探头，421、数字温度计C探头，431、数字温度计B探头，51、负载B端，52、负载A端，81、接线柱A，82、接线柱B。
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1 把 220V 交流市电变成纹波较小的直流电，输出到恒压源及控制器5，数字电位差计6，数字电压表21和22，数字电流表31和32，数字温度计41、42和43、计时器7。
本实施例的导体材料A 91的一端与材料B 92的一端紧密接触，形成接触面3，固定于绝热室2的底座上。数字温度计43的探头431紧贴接触面3，测量接触面3的温度。用数字电位差计6测量导体材料A和材料B加热前的接触电动势。
恒压源5提供和控制输出到热源的电压，与数字电流表31、热源4串联构成回路，数字电流表31测量显示回路的电流，数字电压表21与热源4并联，测量显示加到热源的电压。
导体材料A 91的冷端固定在接线柱81上，与数字电位差计6的一端相接，数字温度计41的探头411探测该接点的温度。导体材料B 92的冷端固定在接线柱82上，与数字电位差计6的另一端相接，数字温度计42的探头421探测该接点的温度。
热源4通电加热，调节恒压源5，电压由小到大改变，先取电压为某一小值，打开计时器计时，记录数字电位差计6上显示的温差电动势，数字电压表21，数字电流表31，数字温度计41、42、43上的测量数据。再取电压为某一中值，最后取电压为某一较大值，重复上述操作，观测温差电动势随温差、时间的变化，分析温差电动势与温度变化速率、温差大小的关系。
负载的52与数字电流表32的一端串联后，接入81、82接线柱上，断开数字电位差计6，将数字电压表22的二端接入接线柱81、82上。热源4通电加热，先调恒压源电压输出为某一小值，打开计时器计时，记录数字电压表21、22，数字电流表31、32，数字温度计41、42、43上的测量数据。再取电压为某一中值，最后取电压为某一较大值，重复上述操作，观测有负载情况下，温差电动势的变化。分析温度变化速率、温差大小与温差电压、温差电流、发电功率和热电转换效率的关系。
改变导体材料A和B的性质、接触面积和大小，进行组合，重复上述操作，测量导体材料的性质、大小、接触面积对温差电动势、发电效率的影响。探索导体材料温差发电的方案。
第二实施例为半导体材料，请一并参考图2，直流稳压电源1 把 220V 交流市电变成纹波较小的直流电，输出到恒压源及控制器5，数字电位差计6，数字电压表21和22，数字电流表31和32，数字温度计41、42和43、计时器7。
本实施例采用半导体PN结4作为热源，与恒压源5、数字电流表A 31串联，构成回路，数字电压表A 21与发热半导体4的二条引出导线并联。数字电流表A 31测量通过半导体PN结4的电流，数字电压表A 21测量加在发热半导体4上的电压。
发电半导体3的这一面为半导体材料A，与发热半导体4的高温面紧密接触，温度与发热半导体4的高温面相等，发电半导体3的引出导线接在接线柱81上；半导体2的这一面为半导体材料B，温度与环境温度相等，发电半导体2的引出导线接在接线柱82上。将电位差计6的二端接入接线柱81、82，测量加热前发电半导体2与3的接触电动势。
数字温度计41的探头411紧贴发热半导体4的低温面，测量发热半导体4低温面的温度；数字温度计43的探头431紧贴发电半导体2，测量发电半导体2低温面的温度；数字温度计42的探头421紧贴发热半导体4与发电半导体3的高温面，测量高温面的温度。
发热半导体4通电发热，调节恒压源5，通电电流由小到大改变，先取电压为某一小值，打开计时器计时，记录数字电压表21、数字电位差计6、数字电流表31、数字温度计41、42、43上的测量数据。再取电压为某一中值，最后取电压为某一较大值，重复上述操作，观测温差电动势的变化。分析温度变化速率、温差大小与半导体温差电动势的关系。
负载的52与数字电流表32的一端串联后，接入81、82接点。断开数字电位差计6，将数字电压表22的二端接入接线柱81、82上。热源4通电加热，先取电压为某一小值，打开计时器计时，记录数字电压表21、22，数字电流表31、32，数字温度计41、42、43上的测量数据。再取电压为某一中值，最后取电压为某一较大值，重复上述操作，观测有负载情况下，温差电动势的变化。分析温度变化速率、温差大小与温差电压、温差电流、发电功率和热电转换效率的关系。
改变半导体材料2和3的性质，重复上述操作，测量半导体材料的性质对温差电动势、电压、电流、发电效率的影响。探索导半导体材料温差发电的方案。
可以理解的，用于发热的电源，可以是恒压源或普通电源；用于测量温度的数字温度计，可以是一个、二个或更多，也可以是基于不同原理的温度计；用于测量电压的数字电压表，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塞贝克效应实验仪，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 (5)
1.一种塞贝克效应实验仪，其特征在于，包括：
由直流稳压电源、恒压源及控制器、热源、绝热室、电位差计、电压表、电流表、温度计、负载、计时器、多种不同材料和形状的导体、半导体组成；其中所述的直流稳压电源分别与所述的恒压源及控制器、计时器相连，提供工作电压或电流；所述的热源、温度计固定于所述的绝热室中；所述一种材料A的一端与另一种材料B的一端，相互紧密接触，形成的接触端固定于含热源的绝热室中，另二端分别固定于不含热源的绝热室中；所述的电位差计与材料A、B相连而形成的接触端并联，测量接触端的接触电动势和温差电动势；所述恒压源及控制器与热源串联，为热源发热提供电流；所述的计时器独立设置，记录热源和温差发电做功的时间。
2.如权利要求1所述的塞贝克效应实验仪，其特征在于，热源固定在绝热室中，与恒压源、电流表串联构成回路；电流表测量通过热源的电流，电压表与热源并联，测量加在热源上的电压。
3.如权利要求1所述的塞贝克效应实验仪，其特征在于，材料A与B的连接处固定在热源内，温度计的探头靠近二材料的连接面，探测接触面温度。
4.如权利要求1所述的塞贝克效应实验仪，其特征在于，在材料A与B的冷端或导线引出端，串有电流表测量温差电流；电位差计并联在材料A与B的冷端或导线引出端，测量温差电动势；温度计探头接在材料A与B的冷端或导线引出端，测量温度。
5.如权利要求1所述的塞贝克效应实验仪，其特征在于，负载与电流表串联，接入材料A与B的冷端或导线引出端，电流表测量通过负载的温差电流；电压表与负载并联，测量加在负载上的温差电压；温度计探头靠近材料A、B冷端或导线引出端，检测有负载时材料A、B冷端或导线引出端的温度。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN109036034A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-12-18 | 吴玉珍 | 热机效率力热电综合实验仪 |
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