T-1 Pompa cieplna Peltiera. Zakres materiału. Cel ćwiczenia - zadania do wykonania. Wprowadzenie teoretyczne

Podobne dokumenty
Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 123: Półprzewodnikowe złącze p-n

Ćwiczenie nr 123: Dioda półprzewodnikowa

CECHOWANIE TERMOELEMENTU Fe-Mo I WYZNACZANIE PUNKTU INWERSJI

Badanie charakterystyki prądowo-napięciowej opornika, żarówki i diody półprzewodnikowej z wykorzystaniem zestawu SONDa

ZADANIE 28. Wyznaczanie przewodnictwa cieplnego miedzi

Wyznaczanie krzywej ładowania kondensatora

Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

Zakład Zastosowań Elektroniki i Elektrotechniki

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT FIZYKI. Temperaturowa zależność statycznych i dynamicznych charakterystyk złącza p-n

Zjawisko termoelektryczne

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 2

Badanie transformatora

TECHNIKI NISKOTEMPERATUROWE W MEDYCYNIE

Ćwiczenie 1. Sprawdzanie podstawowych praw w obwodach elektrycznych przy wymuszeniu stałym

BADANIE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

E1. OBWODY PRĄDU STAŁEGO WYZNACZANIE OPORU PRZEWODNIKÓW I SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ ŹRÓDŁA

Wyznaczanie cieplnego współczynnika oporności właściwej metali

Metodę poprawnie mierzonego prądu powinno się stosować do pomiaru dużych rezystancji, tzn. wielokrotnie większych od rezystancji amperomierza: (4)

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 1. Połączenia szeregowe oraz równoległe elementów RC

PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W TARNOWIE INSTYTUT POLITECHNICZNY LABORATORIUM METROLOGII. Instrukcja do wykonania ćwiczenia laboratoryjnego:

Badanie własności hallotronu, wyznaczenie stałej Halla (E2)

teoretyczne podstawy działania

Zapoznanie się ze zjawiskiem Seebecka i Peltiera. Zastosowanie elementu Peltiera do chłodzenia i zamiany energii cieplnej w energię elektryczną.

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

ĆWICZENIE NR 4 WYMIENNIK CIEPŁA

Ćwiczenie 375. Badanie zależności mocy promieniowania cieplnego od temperatury. U [V] I [ma] R [ ] R/R 0 T [K] P [W] ln(t) ln(p)

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 121: Termometr oporowy i termopara

Badanie transformatora

Ile wynosi całkowite natężenie prądu i całkowita oporność przy połączeniu równoległym?

BADANIE CHARAKTERYSTYK FOTOELEMENTU

SPRAWDZENIE PRAWA OHMA POMIAR REZYSTANCJI METODĄ TECHNICZNĄ

Wyznaczanie oporu elektrycznego właściwego przewodników

Ćwiczenie 1 Metody pomiarowe i opracowywanie danych doświadczalnych.

FIZYKA LABORATORIUM prawo Ohma

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Wyznaczanie wielkości oporu elektrycznego różnymi metodami

Pomiar indukcji pola magnetycznego w szczelinie elektromagnesu

Ćwiczenie nr 4. Badanie filtrów składowych symetrycznych prądu i napięcia

E104. Badanie charakterystyk diod i tranzystorów

Podstawy użytkowania i pomiarów za pomocą MULTIMETRU

Efekt Halla w germanie.

Badanie transformatora

Projekt efizyka. Multimedialne środowisko nauczania fizyki dla szkół ponadgimnazjalnych. Prawo Ohma. Ćwiczenie wirtualne. Marcin Zaremba

LI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne

Przyrządy i Układy Półprzewodnikowe

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Temperaturowa charakterystyka termistora typu NTC

Ćwiczenie 14 Temat: Pomiary rezystancji metodami pośrednimi, porównawczą napięć i prądów.

E12. Wyznaczanie parametrów użytkowych fotoogniwa

Ćwiczenie 15 Temat: Zasada superpozycji, twierdzenia Thevenina i Nortona Cel ćwiczenia

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Badanie elementów składowych monolitycznych układów scalonych II

Opis dydaktycznych stanowisk pomiarowych i przyrządów w lab. EE (paw. C-3, 302)

13 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

Ćwiczenie nr 254. Badanie ładowania i rozładowywania kondensatora. Ustawiony prąd ładowania I [ ma ]: t ł [ s ] U ł [ V ] t r [ s ] U r [ V ] ln(u r )

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

BADANIE DIOD PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Dioda półprzewodnikowa

Ćwiczenie 425. Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych. Woda. Ciało stałe Masa kalorymetru z ciałem stałym m 2 Masa ciała stałego m 0

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 9

EFEKT FOTOELEKTRYCZNY ZEWNĘTRZNY

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Wyznaczanie współczynnika przewodnictwa

Natężenie prądu elektrycznego

Sprawdzanie prawa Joule'a

Bierne układy różniczkujące i całkujące typu RC

Efekt Halla. Cel ćwiczenia. Wstęp. Celem ćwiczenia jest zbadanie efektu Halla. Siła Loretza

E12. Mostek Wheatstona wyznaczenie oporu właściwego

ε (1) ε, R w ε WYZNACZANIE SIŁY ELEKTROMOTOTYCZNEJ METODĄ KOMPENSACYJNĄ

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 13

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy metodą kalorymetryczną

symbol miernika amperomierz woltomierz omomierz watomierz mierzona

NIEZBĘDNY SPRZĘT LABORATORYJNY

str. 1 d. elektron oraz dziura e.

1 Badanie aplikacji timera 555

Ćwiczenie nr 9. Pomiar rezystancji metodą porównawczą.

Ćwiczenie 9. Mostki prądu stałego. Program ćwiczenia:

Plan metodyczny do lekcji fizyki. TEMAT: Prawo Ohma. Opór elektryczny.

Wyznaczanie składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi za pomocą busoli stycznych

Akademia Górniczo Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział IEiT. Ćwiczenie laboratoryjne Badanie modułu fotowoltaicznego

Sprawozdanie z laboratorium proekologicznych źródeł energii

SPRAWDZANIE SŁUSZNOŚCI PRAWA OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

Cechowanie termopary i termistora

Ćwiczenie 9. Mostki prądu stałego. Zakres wymaganych wiadomości do kolokwium wstępnego: Program ćwiczenia:

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA

Powtórzenie wiadomości z klasy II. Przepływ prądu elektrycznego. Obliczenia.

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Badanie wzmacniacza operacyjnego

Ćwiczenie 3 WPŁYW NASŁONECZNIENIA I TECHNOLOGII PRODUKCJI KRZEMOWYCH OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH NA ICH WŁASNOŚCI EKSPLOATACYJNE

METROLOGIA EZ1C

Uniwersytet Pedagogiczny im. Komisji Edukacji Narodowej w Krakowie

Ćwiczenie: "Pomiary rezystancji przy prądzie stałym"

BADANIE UKŁADÓW CYFROWYCH. CEL: Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości statycznych układów cyfrowych serii TTL. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Ćwiczenie 8 Temat: Pomiar i regulacja natężenia prądu stałego jednym i dwoma rezystorem nastawnym Cel ćwiczenia

Ćwiczenie 10 Temat: Własności tranzystora. Podstawowe własności tranzystora Cel ćwiczenia

BADANIE EFEKTU HALLA. Instrukcja wykonawcza

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 5

Energia promieniowania termicznego sprawdzenie zależności temperaturowej

Transkrypt:

Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki olitechnika Łódzka Al. olitechniki 11 90-924 Łódź oland Center of Mathematics and hysics Technical University of Łódź t./fax: +48(0-42) 631-36-14, 631-36-19 e-mail: centrum@im0.p.lodz.pl NI L 7270021895 T-1 ompa cieplna tiera Janusz Kuliński Zakres materiału. Efekt tiera, rurka przepływu ciepła, STEM siła termoektryczna, współczynnik tiera, współczynnik Thomsona, współczynnik Seebecka, równanie Thomsona, przewodzenie ciepła, konwekcja, wymuszone chłodzenie, efekt Joulle a, wydajność chłodnicza, moc cieplna, współczynniki wydajności chłodniczej i wydajności grzewczej pompy cieplnej wykorzystującej efekt tiera określane dla różnych warunków pracy. C ćwiczenia - zadania do wykonania. Określanie wydajności chłodniczej pompy c, współczynnika wydajności chłodniczej η c oraz wydajności grzewczej pompy h i współczynnika wydajności grzewczej η h z wykresu zależności temperatury od czasu po stronie zimnej i po stronie gorącej. Wprowadzenie teoretyczne Gdy prąd ektryczny przepływa przez obwód złożony z dwu różnych przewodników, to ciepło będzie się uwalniać na jednym złączu, a na drugim będzie ulegać pochłanianiu, zależnie od kierunku przepływu prądu (efekt tiera). Ilość ciepła Q uwalnianego w jednostce czasu jest proporcjonalna do prądu I płynącego przez złącze: Q t I T I, Gdzie π jest współczynnikiem tiera, α jest współczynnikiem Seebecka, a T jest temperaturą bezwzględną. Jeżi prąd ektryczny I płynie w jednorodnym przewodniku w kierunku gradientu temperatury: dt, dx to ciepło będzie absorbowane (pochłaniane) lub wydziane zależnie od rodzaju materiału (efekt Thomsona): dt T I, dx gdzie τ jest współczynnikiem Thomsona. Kierunek w którym ciepło przepływa zależy od znaku współczynnika Thomsona, kierunku w którym płynie prąd i od kierunku gradientu temperatury. Jeżi prąd ektryczny I płynie przez przewodnik o rezystancji R, to pojawia się ciepło Joulle a: 2 J R I.

Laboratorium Fizyki Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki olitechniki Łódzkiej 2 /5 Ze względu na przewodzenie ciepła, ciepło przepływa również ze strony gorącej (temperatura T h (h=hot=gorący)) do strony zimnej (temperatura T c (c=cold=zimny)): A L L ( Th TC ), d gdzie L jest współczynnikiem przewodnictwa cieplnego., zaś A jest powierzchnią przekroju poprzecznego, a d jest grubością ementu tiera.. Kierunek przepływu ektronów I + n Strona zimna, T c p Kierunek przepływu dziur Strona gorąca, T h Rys 3: Konstrukcja półprzewodnikowej komórki tiera. ( n półprzewodnik typu n, nośnikami prądu ektrony, p półprzewodnik typu p, nośnikami prądu dziury). I Używany w tym ćwiczeniu termogenerator składa się ze 142 krzemowych komórek tiera połączonych ze sobą szeregowo pomiędzy dwiema miedzianymi płytami pokrytymi niklem. Zapisując: ΔT = T h T c, uzyskujemy dla pojemności cieplnej po stronie zimnej -czyli dla tzw. wydajności chłodniczej: I T 1 2 L A T C TC I I R 2 d Zaś, dla pojemności cieplnej pompy po gorącej stronie czyli dla tzw. mocy cieplnej: I T 1 2 L A T h Th I I R. 2 d Dostarczana do ementu moc prądu ektrycznego wynosi: I T I T RI 2 U I W tym przypadku moc ektryczna = U p I p nie jest równa R I 2 ponieważ termogenerator nie jest opornikiem liniowym, a moc prądu jest rozpraszana oprócz zwykłego mechanizmu rozpraszania energii ektronów na drganiach sieci krystalicznej, również w wyniku działania efektu Thompsona i efektu tiera.

Laboratorium Fizyki Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki olitechniki Łódzkiej 3 /5 Opis układu pomiarowego T c + gniazdo czerwone T h strona gorąca I 0 18 V= A V U płyty miedziane pokryte niklem łaźnie wodne gniazdo niebieskie Rys. 2. Schemat montażowy układu do pomiaru wydajności chłodniczej i wydajności grzewczej. Instrukcja przeprowadzenia pomiarów Doświadczenie ompa cieplna chłodziarka. Uwagi wstępne: Łaźnie wodne po obu stronach pompy cieplnej początkowo są napełnione wodą o tej samej temperaturze (patrz rysunek nr 2). Stosując stały prąd I zmierz zmiany temperatury w dwu łaźniach wodnych, tj. T h = f(t), T c = f(t), I i U. Jako temperaturę wody przyjmij temperaturę T h mierzoną w otworze w płycie miedzianej pokrytej niklem. omierz również I, U i T c. Oblicz pojemności cieplne bloku miedzi C Cu, wody C W i łaźni z brązu C Br wykorzystując ich rozmiary lub ich wagę (potrzebne dane uzyskasz z Dodatku nr 1 Termogenerator). Kolejność postępowania: 1. Włączyć przyciskiem ON/OFF amperomierz i woltomierz. 2. Włączyć zasilacz laboratoryjny przełącznikiem ON/OFF umieszczonym na płycie tylnej. 3. Wyniki wpisywać do tabi:

Laboratorium Fizyki Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki olitechniki Łódzkiej 4 /5 l p U p I p T c T h t czas bieżący uwagi [V] [A] [ 0 C] [ 0 C] [min] [s] [godz.:min.] 0 0 0 1 1 60 2 2 120 3 3 180......... 10 10 600 zmiana kierunku prądu płynącego przez termogenerator 11 11...... 20 20 1200 4. Zapisać dla t = 0, wartości T c i T h, oraz godzinę i minutę rozpoczęcia pomiarów 5. Ustawić potencjometr V na zasilaczu na wartość 10V, potencjometrem A na zasilaczu ustawić stałą dla danej serii pomiarowej wartość prądu zasilania termogeneratora I p (w pierwszej serii I p = 2A, w drugiej serii I p = 4A). UWAGA: wartość I p odczytujemy na mierniku cyfrowym (I p nie może przekroczyć 5A). 6. Co minutę dokonujemy pomiaru temperatur T c i T h. okrętłem A na zasilaczu korygujemy wartość I p do poziomu właściwego dla danej serii pomiarowej. 7. W chwili odczytu temperatury, dla t=10 min zmieniamy kierunek prądu płynącego przez termogenerator (czerwony kab podłączamy do niebieskiego wejścia zasilacza, zaś niebieski do czerwonego gniazda zasilacza). Szybko korygujemy pokrętłem A wartość prądu I p tak aby była taka sama jak poprzednio. 8. rowadzimy pomiar przez 10 minut tak samo jak to opisano w punktach 5 i 6. 9. o zakończeniu pierwszej serii pomiarów, znów zmieniamy kierunek prądu płynącego przez termogenerator (czerwony kab dołączamy do czerwonego gniazda w zasilaczu, a niebieski kab do niebieskiego gniazda). rzygotowujemy identyczną tabę dla drugiej serii pomiarów. o zrównaniu się temperatur po obu stronach termogeneratora rozpoczynamy drugą serię pomiarów dla I p = 4A. omiar prowadzimy zgodnie z punktami 4-8 instrukcji. Opracowanie wyników Dane pomiarowe z każdej z tab przedstawiamy na wykresie, gdzie na osi pionowej odkładamy temperaturę T c lub T h w stopniach Csjusza zaś na osi poziomej czas dokonania pomiaru t w sekundach. Do obliczeń wydajności i odpowiednich współczynników bierzemy odcinki prostoliniowe wykresów, występujące po trzech minutach od rozpoczęcia pomiarów oraz te odcinki prostoliniowe które pojawią się po trzech minutach od przecięcia się obu krzywych temperatur (czyli trzy minuty i dalej od początku pomiarów oraz obszar rozpoczynający się 3 minuty po zrównaniu się temperatur po obu stronach termogeneratora po przełączeniu kabli zasilających). Dla krzywej narastającej liczymy wydajność grzewczą i współczynnik wydajności grzewczej, zaś dla krzywej malejącej liczymy wydajność chłodniczą i współczynnik wydajności chłodniczej. Z nachylenia krzywej temperatury wzrastającej możemy obliczyć wydajność grzewczą pompy (nachylenie i błąd nachylenia obliczamy metodą najmniejszych kwadratów dla czterech lub pięciu kolejnych punktów pomiarowych):

Laboratorium Fizyki Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki olitechniki Łódzkiej 5 /5 T h ( ) C t tot oraz odpowiadający tej sytuacji współczynnik wydajności grzewczej: h, gdzie: I U oraz C tot = m w c w + m Br c Br + m Cu c Cu 1100 J/(kgK), gdzie: m w jest masą wody w jednej łaźni, c w jest ciepłem właściwym wody, m Br jest masą brązu, c Br jest ciepłem właściwym brązu, m Cu jest masą jednej płyty miedzianej, c Cu jest ciepłem właściwym miedzi (Uwaga masy i ciepła właściwe bierzemy z pomiarów lub z danych podanych w Dodatku 1 Termogenerator), I jest prądem pompy, a U jest średnim napięciem przyłożonym do pompy cieplnej. Z nachylenia krzywej temperatury malejącej możemy obliczyć wydajność chłodniczą pompy: T c ( ) C t tot oraz odpowiadający tej sytuacji współczynnik wydajności chłodniczej: c, W sprawozdaniu należy zamieścić wykresy uzyskane w obu seriach pomiarowych oraz uzyskane wartości c, c, h, h przy określonych wartościach I p. Bibliografia 1. Sergiy Filin, Termoektryczne urządzenia chłodnicze. wyd. IU MASTA 2002, str.215. 2. Ogrzewanie i wentylacja t 2, seria Nowa technika w inżynierii sanitarnej, wyd. Arkady, Warszawa 1972 3. Wojciech Zalewski, ompy ciepła sprężarkowe, sorpcyjne i termoektryczne. odstawy teoretyczne i obliczeniowe str. 53-64, wyd. IU MASTA 2001 4. Jan Tauc, Zjawiska fotoektryczne i termoektryczne w półprzewodnikach, str. 245 263, wyd. WN, oznań 1966