Transcript Měření termočlánku - SOU stavební, Opava, po

Název a adresa školy: Střední odborné učiliště stavební, Opava, příspěvková organizace, Boženy
Němcové 22/2309, 746 01 Opava
Název operačního programu: OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost, oblast podpory 1.5
Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0713
Název projektu: Zvyšování klíčových aktivit
Předmět, ročník: Elektrická měření, 2. ročník
Název sady vzdělávacích materiálů: Metody elektrického měření
Sada číslo: ICT-72B
Pořadové číslo vzdělávacího materiálu: 06
Označení vzdělávacího materiálu: VY_32_INOVACE_ICT-72B-06
Téma vzdělávacího materiálu: Měření projevu elektrochemického potenciálu a napětí termočlánku
Druh učebního materiálu: Digitální učební materiál, prezentace
Autor: Ing. Karel Stacha
Anotace: DUM popisuje základní metody a postupy měření elektrické práce; potřebná zařízení interaktivní pracoviště, kalkulačka, měřicí přístroje,
Metodické poznámky: Materiál je vhodný pro učební obory technické
Vytvořeno: 15. 6. 2013
Ověření ve výuce: 18. 6. 2013
Měření elektrochemického potenciálu
Elektrolyty
Jsou to roztoky, které vedou elektrický proud, např. vodné roztoky kyselin,
zásad a solí; dále i taveniny). Vedení proudu elektrolytem umožňují ionty, ve
které se rozpadají molekuly rozpuštěné.
Elektrický proud v elektrolytech má podobné vlastnosti jako má elektrický
proud při průchodu kovovým vodičem.
V okolí elektrolytu je magnetické pole, elektrolyt se průchodem proudu
zahřívá, vzdálíme-li od sebe elektrody, nebo snížíme-li hladinu elektrolytu,
proud se zmenší; platí tedy vztah:
l
R
S
kde
l vzdálenost elektrod, S plocha vodiče.
Měření elektrochemického potenciálu
Potenciálový rozdíl
Kov, např. zinek, je ponořen do čisté vody. Účinkem silně polárních molekul
vody se ionty zinku tvořící krystalovou mříž kovu hydratují, jejich vazba s
ostatními ionty se zeslabuje a jisté množství iontů se od kovu odštěpuje a
přechází do vody v blízkosti povrchu kovu. Voda se tak nabíjí kladně, destička
záporně.
Ionty Zn2+ se však nerozptylují po roztoku, neboť jsou záporně nabitým
kovem přitahovány zase zpět. Mezi ionty přešlými do roztoku a mezi opačně
nabitým kovem vzniká elektrické pole, které brání vnikání dalších iontů kovu
do vody. V soustavě vzniká rovnováha, mezi kovem a vodou je potenciálový
rozdíl. U různých kovů jsou při této rovnováze různé potenciálové rozdíly a
různé koncentrace iontů v roztoku.
Měření elektrochemického potenciálu
Ušlechtilé kovy
Ušlechtilejší kovy uvolňují do roztoku menší počet iontů než kovy méně
ušlechtilé, neboť se v nich ionty a valenční elektrony přitahují větší silou.
Proto potenciálový rozdíl mezi Cu a vodou je menší než mezi Zn a vodou.
Podobný děj probíhá, když ponoříme kov do roztoku místo do čisté vody.
Kovy, jejichž ionty mají silnou schopnost přecházet do roztoku, nabíjejí se i
zde záporně, ale v menší míře než v čisté vodě. Naproti tomu kovy, jejichž
ionty mají slabou schopnost se rozpouštět, nabíjejí se kladně, neboť ionty
obsažené v roztoku se na kovu vylučují před dosažením rovnováhy rychleji,
než nastává přechod iontů z kovu do roztoku.
Měření elektrochemického potenciálu
V-A charakteristika elektrolytického vodiče
Experiment, kdy měříme závislost proudu na elektrickém napětí mezi
elektrodami, tj. VA charakteristiku elektrolytického vodiče ukazuje, že
nastávají dvě rozdílné situace:
Měření elektrochemického potenciálu
V-A charakteristika elektrolytického vodiče
1. Do napětí Ur neprotéká proud, protože na přechodu elektroda elektrolyt
vzniká elektrochemický článek, který působí proti elektromotorickému napětí
zdroje U.
U Ur
I
R
Napětí Ur se nazývá polarizační napětí.
Měření elektrochemického potenciálu
V-A charakteristika elektrolytického vodiče
2. Na povrchu elektrod a v okolí nenastávají chemické změny. Ohmův
zákon platí.
U
I
R
Polarizaci lze odstranit vhodnými látkami, které ruší polarizaci a nazývají se
depolarizátory.
Měření elektrochemického potenciálu
Využití jevu
Elektrochemické články
Články primární nelze po vybití znovu nabít, baterie.
Články sekundární lze nabíjet (a vybíjet) opakovaně, akumulátory.
Elektrometalurgie
Průmyslový obor, který se zabývá výrobou nebo čištěním (rafinací) kovů
elektrolýzou.
Vysoušení zdí
V cihle, maltě, betonu a jiných stavebních materiálech jsou kapiláry, kterými
vzlíná voda od základů stavby vzhůru a zvlhčuje stěny zdí. Ve vodě jsou
rozpuštěny různé soli, a tak zdivem vlastně vzlíná elektrolyt.
Galvanické pokovování
Obor, který se zabývá pokovováním povrchů různých kovových předmětů
elektrolytickým způsobem.
Galvanoplastika
Elektrolytický způsob výroby kovových povlaků silných i několik milimetrů.
Polarografie
Elektrochemická analytická metoda založená na měření vzájemné závislosti
napětí a proudu při elektrolýze zkoumaného roztoku pomocí polarizované
(rtuťové kapkové) a nepolarizované elektrody (prof. J. Heyrovský).
Měření elektrochemického potenciálu
Úkoly
1.
Změřte elektrochemické napětí mezi dvojicemi kovů.
2.
Výsledky si zapište do přehledné tabulky s údajem, který kov byl anodou.
3.
Výsledky překreslete do osy podle ušlechtilosti kovů.
4.
Který kov byl nejušlechtilejší a který byl nejméně ušlechtilý.
5.
Jaké největší napětí a mezi kterými kovy jste zjistili?
6.
Jaké napětí vznikne mezi elektrodami ze stejného kovu?
7.
Bude vznikat rozdíl potenciálů mezi předměty z drahých kovů ( zlato,
stříbro, apod.)?
8.
Vyzkoušejte, zda vznikne elektrochemické napětí mezi elektrodami, které
jsou v elektrolytu, ale dotýkají se.
9.
Vyzkoušejte článek sestavený z kovových mincí, toaletního papíru a jako
elektrolyt použijte sliny.
10. Elektrokoroze je nechtěný výskyt elektrolýzy na elektrickém zařízení. Jak
se lze proti němu bránit?
Měření termoelektrického napětí
Termoelektrický článek
Článek vznikne pevným spojením dvou konců různých kovů. Když tento
konec zahřejeme, na volných koncích se objeví napětí. Toto napětí je úměrné
teplotě.
Průběhy napětí termočlánků v závislosti na teplotě.
Měření termoelektrického napětí
Termoelektrický článek
Termoelektrické napětí lze vyjádřit vztahem:
Ut  k
k- konstanta článku
Typ termoelektrického
článku
Termoelektrické napětí
(mV/100°C)
Rozsah teplot
(°C)
Cu-konstantan
4,25
-200÷+400
Fe-konstantan
5,37
-200÷+600
NiCr-Ni
5,0
40÷+900
Chromel-alumel
4,8
50÷+1000
Tabulka hodnot používaných článků
Měření termoelektrického napětí
Měření termočlánku
1.
2.
3.
Nad lihovým kahanem nahřívejte termočlánek a voltmetrem měřte
napětí, zjistěte, které místo plamene je nejteplejší.
Ve vodní lázni nahřívejte termočlánek, teplotu měřte lihovým
laboratorním teploměrem. Pro každou teplotu poznačte napětí.
Z naměřených hodnot vyneste charakteristiku termočlánku U=fce(T).
Doporučená literatura
Elektrotechnická měření. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2002,
255 s. ISBN 80-730-0022-9.
Zdroje
Obrázky, tabulky: archív autora