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热电偶中间导体定律的证明:
热电偶中间导体定律是指,在热电偶回路中接入中间导体(第三导体),只要中间导体两端温度相同,中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响.中间导体定律,是热电偶实际测温应用中,采用热端焊接,冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统的依据.
热电偶产生的热电势由接触电势与温差电势两部分组成.
接触电势:不同的导体材料,其电子的密度是不同的.当两种不同材料的导体A、B连接在一起时,在连接处,会发生电子扩散,电子扩散的速率与自由电子的密度以及导体的温度成正比.设导体A、B中的自由电子密度分别为Na和Nb ,且Na>Nb,则在单位时间内,导体 A扩散到导体B的电子数要大于从导体B向导体A扩散的电子数,因此,导体A因失去电子而带正电,导体B因得到电子而带负电,于是,在接触处便 形成了电位差,即接触电势.在接触处所形成的接触电势将阻碍电子的进一步扩散.当电子扩散能力与电场的阻力达到相对平衡时,接触电势就达到了一个相对稳定值.导体A、B的接触电势Eab(t)为:(KT/e)ln(Na/Nb) (式中:K-波尔兹曼常数;T-接触点的绝对温度;e-电子电荷量;Na和Nb-导体A、B的自由电子密度)
温差电势:同一导体由于两端温度不同而产生的电势.
在 A、B 两种导体构成的热电偶回路中,总热电势包括两个接触电势和两个温差电势.
Eab(t,to)=Eab(t)-Eab(to)+Eb(t,to)-Ea(t,to) (公式1)
可见:1.若两根导体材质相同,无论温差如何,回路总电势为0;
2.若两端温度相同,即使两根导体材质不同,回路总电势为0.
在 A、B.C 三种导体构成的热电偶回路中,总热电势包括三个接触电势和三个温差电势.
Eabc(t,to)=Eab(t)+Eb(t,to)+Ebc(to)+Ec(to,to)+Eca(to)-Ea(t,to) (公式2)
当,导体 C 两端温度相同时导体 C 无温差电势.即Ec(to,to)=0.
导体 C 两端的接触电势为:
Ebc(to)+Eca(to)=(KTo/e)ln(Nbto/Ncto)+(KTo/e)ln(Ncto/Nato)
=(KTo/e)ln(Nbto/Nato)=-Eab(to)
此时,Eabc(t,to)=Eab(t)-Eab(to)+Eb(t,to)-Ea(t,to)=Eab(t,to).即,当导体 C 两
端温度相同时 公式2=公式1,中间导体 C 的影响完全消失.
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热电偶中间导体定律的证明:
热电偶中间导体定律是指,在热电偶回路中接入中间导体(第三导体),只要中间导体两端温度相同,中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响.中间导体定律,是热电偶实际测温应用中,采用热端焊接,冷端经连接导线与显示仪表连接构成测温系统的依据.
热电偶产生的热电势由接触电势与温差电势两部分组成.
接触电势:不同的导体材料,其电子的密度是不同的.当两种不同材料的导体A、B连接在一起时,在连接处,会发生电子扩散,电子扩散的速率与自由电子的密度以及导体的温度成正比.设导体A、B中的自由电子密度分别为Na和Nb ,且Na>Nb,则在单位时间内,导体 A扩散到导体B的电子数要大于从导体B向导体A扩散的电子数,因此,导体A因失去电子而带正电,导体B因得到电子而带负电,于是,在接触处便 形成了电位差,即接触电势.在接触处所形成的接触电势将阻碍电子的进一步扩散.当电子扩散能力与电场的阻力达到相对平衡时,接触电势就达到了一个相对稳定值.导体A、B的接触电势Eab(t)为:(KT/e)ln(Na/Nb) (式中:K-波尔兹曼常数;T-接触点的绝对温度;e-电子电荷量;Na和Nb-导体A、B的自由电子密度)
温差电势:同一导体由于两端温度不同而产生的电势.
在 A、B 两种导体构成的热电偶回路中,总热电势包括两个接触电势和两个温差电势.
Eab(t,to)=Eab(t)-Eab(to)+Eb(t,to)-Ea(t,to) (公式1)
可见:1.若两根导体材质相同,无论温差如何,回路总电势为0;
2.若两端温度相同,即使两根导体材质不同,回路总电势为0.
在 A、B.C 三种导体构成的热电偶回路中,总热电势包括三个接触电势和三个温差电势.
Eabc(t,to)=Eab(t)+Eb(t,to)+Ebc(to)+Ec(to,to)+Eca(to)-Ea(t,to) (公式2)
当,导体 C 两端温度相同时导体 C 无温差电势.即Ec(to,to)=0.
导体 C 两端的接触电势为:
Ebc(to)+Eca(to)=(KTo/e)ln(Nbto/Ncto)+(KTo/e)ln(Ncto/Nato)
=(KTo/e)ln(Nbto/Nato)=-Eab(to)
此时,Eabc(t,to)=Eab(t)-Eab(to)+Eb(t,to)-Ea(t,to)=Eab(t,to).即,当导体 C 两
端温度相同时 公式2=公式1,中间导体 C 的影响完全消失.