Проект по физике теплый дом: Проект «Теплый дом»

Аттестационная работа. Проект «Теплый дом». Тепловые явления

Похожие презентации:

Деятельность пришкольного лагеря с дневным пребыванием детей «Дружба» МОУ школа № 71

Моя будущая профессия: юрист

Развитие интеллектуальной одаренности детей Новосибирской области с использованием дистанционных образовательных технологий

Творческий проект «Планирование кухни-столовой»

Моя будущая профессия — военный

Кейсы (ситуации взаимодействия ребёнка и взрослого)

Творческий проект «мой профессиональный выбор»

Развитие связной речи у дошкольников

Технология В.А. Илюхиной «Письмо с открытыми правилами» для учащихся начальных классов

Технологии нейрокоррекции нарушений письменной речи младших школьников с тяжелыми нарушениями речи

1. Аттестационная работа

Слушателя курсов повышения квалификации по
программе:
«Проектная и исследовательская деятельность как
способ формирования метапредметных результатов
обучения в условиях реализации ФГОС»
Чурсиной Елены Викторовны
Структурное подразделение Государственного
областного автономного общеобразовательного
учреждения «Центр образования, реабилитации и
оздоровления» г. Липецк
На тему:
Проект «Теплый дом»
1
Краткая характеристика жанра работы.
Метод проектов, в последнее время широко
используемый в педагогической практике, основан на
постановке
социально
значимой
цели
и
ее
практическом достижении. Применение этого метода
позволяет направить деятельность школьников на
решение конкретной учебной или воспитательной
проблемы. При этом результатом деятельности всегда
является продукт, который разработали участники
проекта для ее разрешения. Главная педагогическая
цель любого проекта — формирование различных
компетенций, т. е. умений, связанных с опытом их
применения в практической деятельности.
2
Краткая характеристика образовательного
учреждения.
Центр дистанционного образования детей-инвалидов
Липецкой области был открыт в 2009 году на базе
Областного
автономного
специального
(коррекционного) образовательного учреждения для
обучающихся,
воспитанников
с
ограниченными
возможностями здоровья специальной (коррекционной)
общеобразовательной школе-интернате III-IV вид.
Основная цель деятельности Центра дистанционного
образования Липецкой области — организация
обучения,
в
том
числе
с
использованием
дистанционных образовательных технологий детейинвалидов, которые по состоянию здоровья не могут
систематически посещать занятия в школе.
3
Цель и задачи работы.
Цель: Повторить и систематизировать знания по теме
«Тепловые
явления»,
создать
условия
для
практического применения знаний, умений и навыков по
изученным темам.
Задачи:
Образовательные:
— обобщить знания о видах теплопередачи;
— установить роль и место всех трёх механизмов
теплопередачи в переносе энергии в доме;
— проанализировать пути тепловых потерь жилого дома,
установить их причины;
— выявить эффективный способ теплоизоляции с учётом
возможного
механизма тепловых потерь.
— закрепить знания, умения и навыки работы с
презентациями.
4
Коррекционно-развивающие:
— продолжить развитие мотивации к изучению физики на
основе раскрытия практической значимости;
-развивать речь через организацию диалогического
общения на уроке;
-формирование умения анализировать информацию,
сравнивать, обобщать;
— способствовать развитию памяти и внимания через
систему заданий и упражнений по закреплению
материала;
Воспитательные:
— воспитывать чувство ответственности, культуру
умственного труда;
— продолжить формирование отношения к компьютеру
как к средству обучения и самообразования.
5
Основное содержание.
1. Из истории.
2. Повторение знаний по физике.
1.Что называют теплопередачей?
2. Какие существуют виды теплопередачи?
3. Объясните понятия теплопроводность.
4.Объясните понятия конвекция.
5. Объясните понятие излучение.
3. Выбор материала для строительства.
6
7
Теплые окна.
8
4.Отопление дома.
9
5. Проценты потери тепла в доме.
10
6. Какие бывают дома.
11
7. Заключение.
8. Итог.
Применив знания о видах теплопередачи, можно
рассмотреть основы строительства теплого дома.
Пусть ваши дома никогда не покидало душевное
тепло.
9.Используемые ресурсы.
12
Защита проектов.
1. Выступление учащихся с докладом.
2. Выставка проектов в холле школы.
3. Демонстрация моделей.
4. Показ презентаций.
13

English    
Русский
Правила

Урок физики «Мой теплый дом» | Методическая разработка по физике (8 класс) по теме:

Конспект урока

Ссылки на использованные Интернет- ресурсы:

1. ЦОР  слайд-шоу «Теплоизоляционные материалы» http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/97870cc2-f514-4501-bbe8-72673f318c0a/8_89.swf 

2. ЦОР  слайд-шоу «Образование ветра» http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/89fe9a17-c467-4c73-93b7-635a7c298f81/8_94.swf  ,

3. ЦОР  слайд-шоу «Нагревание солнечным излучением» http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/f6936be0-1c19-4cbb-8964-af92cabab691/8_98.swf 

4. Стихотворение http://music.lib.ru/g/galxperin_m/alb0. shtml

 5. Костер  http://cs10149.userapi.com/u16943410/41328245/x_5a380a15.jpg

 6. Ветреные мельницы http://mygazeta.com/i/2010/02/Modern_windmills_2.jpg

 7. Излучение от Солнца  http://www.oteple.ru/uploads/diff/dd4_sun_irrad.jpg

 8. Чайник  http://vestnikk.ru/uploads/posts/2011-11/1322003316_kettle.gif

 9. Человек у костра  http://www.fizika.ru/kniga/tema-06/p-06k-1.gif

 10. Батарея отопления http://prv2.lori-images.net/plastikovoe-okno-s-batareei-otopleniya-0002719022-preview.jpg

 11. Снег на поле  http://img-fotki.yandex.ru/get/5413/83446244.35/0_838ad_a4b0675a_XL

 12. Сковорода http://microstocker.com.ua/upload/image/fotos/big/7091c7e7250a0af6ead09eea1439f14f.jpg

  13. На пляже http://prv2.lori-images.net/malchik-na-plyazhe-0002298294-preview.jpg

  14. Теплый пол  http://lemill.net/lemill-server/content/webpages/teploperedacha/coverImage

  15. Образование ветра  http://school.xvatit.com/images/0/03/Priroda5_15_2.jpg

  16. Кондиционер  http://board.od.ua/uploads/aimages/large/154/153505-139817.jpg

Приложение

Тест

1. На каком способе теплопередачи основано водяное отопление?

А) теплопроводность

Б) конвекция

В) излучение

2. Какой дом теплее – деревянный или кирпичный, если толщина стен одинакова?

А) деревянный

Б) нет разницы

В) кирпичный

3. Какое из веществ обладает наибольшей теплопроводностью?

А) вода

Б) железо

В) шерсть

4. Каким способом осуществляется передача энергии от Солнца к воде в море?

А) излучение

Б) конвекция

В) теплопроводность

5. Какой способ теплопередачи осуществляется при  хранении продуктов в погребе?

А) конвекция.

Б) излучение.

В) теплопроводность.

Как сделать электрическую цепь

Задумывались ли вы когда-нибудь о разнице между батареями и электричеством от настенных розеток или о том, как сделать электрическую цепь?

На этой странице вы узнаете об электронах и электрическом токе, батареях, цепях и многом другом!

Научные проекты по схемам

Построить схему

Как сделать схему? Цепь – это путь, по которому течет электричество. Он начинается от источника питания, такого как батарея, и течет по проводу к лампочке или другому объекту и обратно к другой стороне источника питания. Вы можете построить свою собственную схему и посмотреть, как она работает с этим проектом!

Что вам нужно:

• Маленькая лампочка (или лампа для фонарика)
• 2 батарейки (с напряжением, соответствующим вашей лампочке)
• 2 провода с зажимом типа «крокодил» или алюминиевая фольга*
• Скрепки
• Изолента (Скотч® также подходит)
• Держатель лампы (дополнительно)
• Держатели батарей (дополнительно**)

* Чтобы использовать фольгу вместо проводов, отрежьте 2 полоски длиной 6 дюймов и шириной 3 дюйма. Плотно согните каждый по длинному краю, чтобы получилась тонкая полоска.)
**Чтобы использовать скрепки вместо держателей батареек, прикрепите один конец скрепки к каждому концу батарейки с помощью тонких полосок скотча. Затем подключите провода к скрепкам.

Часть 1. Создание цепи:

1. Подсоедините один конец каждого провода к винтам на основании держателя лампочки. (Если вы используете фольгу, попросите взрослого помочь вам выкрутить каждый винт настолько, чтобы под него можно было поместить полоску фольги.)

2. Подсоедините свободный конец одного провода к отрицательному («-») концу одной батареи. . Что-нибудь происходит?

3. Подсоедините свободный конец другого провода к положительному («+») концу батареи. Что теперь происходит?

Часть 2. Добавление питания

1. Отключите аккумулятор от цепи. Поставьте одну батарею так, чтобы конец «+» был направлен вверх, затем установите рядом с ней другую батарею, чтобы плоский конец «-» был направлен вверх. Обмотайте середину батареек лентой, чтобы скрепить их.

2. Установите скрепку между батарейками так, чтобы она соединила конец «+» одной батареи с концом «-» другой. Закрепите скрепку на месте узким куском ленты (не заклеивайте металлические концы батареи).

3. Переверните батареи и прикрепите один конец скрепки к каждой из батарей. Теперь вы можете подключить по одному проводу к каждой скрепке. (В нижней части батарейного блока должна быть только одна скрепка для бумаг – не подсоединяйте к ней провод.)

4. Подсоедините свободные концы проводов к лампочке.

(Примечание: вместо шагов 1-3 вы можете использовать две батареи в держателях батарей и соединить их вместе одним проводом.)

Что получилось:

В первой части вы узнали, как сделать схему с батарейка, чтобы зажечь лампочку.

Батареи обеспечивают электричество. При правильном подключении они могут «запитывать» такие вещи, как фонарик, будильник, радио… даже робота!

Почему не загорелась лампочка, когда вы подключили ее к одному концу батареи проводом?

Электричество от батареи должно выходить с одного конца (отрицательный или «-») и обратно через положительный («+») конец, чтобы работать.

То, что вы построили из батареи, провода и лампочки на шаге 3, называется обрыв цепи .

Для того, чтобы электричество начало течь, нужен замкнутый контур . Электричество создается крошечными частицами с отрицательным зарядом, называемыми электронами .

Когда цепь замкнута или замкнута, электроны могут течь от одного конца батареи по всему периметру, через провода, к другому концу батареи. По пути он будет переносить электроны к подключенным к нему электрическим объектам, таким как лампочка, и заставлять их работать!

Во второй части вы добавили еще один аккумулятор. Это должно было заставить лампочку гореть ярче, потому что две батареи вместе могут дать больше электроэнергии, чем одна!

Скрепка на дне батарейного блока позволяла электричеству течь между батареями, усиливая поток электронов.

Вы видите, как работают замкнутые и разомкнутые цепи, чтобы позволить или остановить ток?

Изолятор или проводник?

Материалы, через которые может проходить электричество, называются проводниками вызова. Материалы, препятствующие протеканию электричества, называются изоляторами.

Вы можете узнать, какие предметы в вашем доме являются проводниками, а какие изоляторами, используя схему, которую вы сделали в последнем проекте, чтобы проверить их!

Что вам нужно:

• Цепь с лампочкой и 2 батареями
• Дополнительный провод с зажимом типа «крокодил» (или провод из алюминиевой фольги*)
• Объекты для тестирования (из металла, стекла, бумаги, дерева и пластика)
• Рабочий лист (дополнительно)

Что необходимо сделать:

1. Отсоедините один из проводов от аккумуляторной батареи. Подключите один конец нового провода к аккумулятору. У вас должно получиться два провода со свободными концами (между лампочкой и батарейным блоком).

2. Вы сделали обрыв цепи и лампочка не должна гореть. Затем вы проверите объекты, чтобы увидеть, являются ли они проводниками или изоляторами. Если объект является проводником, лампочка загорится. Это изолятор, он не загорится. Для каждого объекта угадайте, будет ли каждый объект замыкать цепь и зажигать лампочку или нет.

3. Подсоедините концы свободных проводов к объекту и посмотрите, что произойдет. Некоторые объекты, которые вы можете протестировать, — это скрепка для бумаги, ножницы (попробуйте лезвия и ручки отдельно), стакан, пластиковая посуда, деревянный брусок, ваша любимая игрушка или что-то еще, что вы можете придумать.

Что произошло:

Перед тем, как протестировать каждый объект, угадайте, загорится ли от него лампочка или нет. Если это так, объект, к которому вы прикасаетесь проводами, является проводником.

Лампочка загорается, потому что проводник замыкает или замыкает цепь, и электричество может течь от батареи к лампочке и обратно к батарее! Если он не загорается, объект является изолятором и останавливает поток электричества, как это делает разомкнутая цепь.

Когда вы настроили цепь на шаге 1, она была разомкнута. Электроны не могли течь по кругу, потому что два провода не соприкасались. Электроны были прерваны.

Когда вы помещаете металлический предмет между двумя проводами, металл замыкает или замыкает цепь — электроны могут течь через металлический предмет, переходя от одного провода к другому! Объекты, которые замыкали цепь, заставляли лампочку загораться. Эти объекты являются проводниками. Они проводят электричество.

Большинство других материалов, таких как пластик, дерево и стекло, являются изоляторами. Изолятор в разомкнутой цепи не замыкает цепь, потому что через него не могут протекать электроны! Лампочка не загорелась, когда между проводами вставил изолятор.

Если вы используете провода или зажимы типа «крокодил», обратите на них пристальное внимание. Внутри они металлические, а снаружи пластиковые. Металл — хороший проводник. Пластик — хороший изолятор. Пластик, обернутый вокруг провода, помогает поддерживать движение электронов по металлическому проводу, блокируя их передачу на другой объект за пределами проводов.

Урок схемотехники

Что такое электричество?

Все вокруг вас состоит из крошечных частиц, называемых атомами.

Внутри атомов есть еще более мелкие частицы, называемые электронами . Электроны всегда имеют отрицательный заряд.

Когда электроны движутся, они производят электричество!

Электричество — это движение или поток электронов от одного атома к другому. Не волнуйтесь, если это кажется сложным. Это!

Электроны называются субатомными частицами , что означает, что то, что они делают, происходит внутри атомов, так что это довольно сложная наука.

Вы помните, что узнали о магнитах? Они имеют положительные и отрицательные заряды, а противоположные заряды (+” и “-“) притягиваются друг к другу. Ну, то же самое и с электрическими зарядами. Отрицательно заряженные электроны пытаются совпасть с положительными зарядами других объектов.

Как электроны переходят от одного атома к другому?

Они плавают вокруг своих атомов, пока не получат достаточно электроэнергии, чтобы их можно было толкнуть.

Энергия, которая заставляет их двигаться, исходит от источника питания, такого как батарея или электрическая розетка.

Это работает примерно так же, как вода течет по шлангу, когда вы включаете кран.

Когда вы включаете выключатель или подключаете электроприбор, электроны текут по проводам и высвобождаются в виде электричества, которое мы иногда называем «мощностью».

Вы, наверное, знаете, что в некоторых электронных устройствах используются батарейки, а некоторые можно подключать к розетке.

Какая разница? Электричество, которое поступает из розеток в вашем доме, очень мощное — в нем много электронов, которые текут с большой энергией.

Называется переменным током , или переменным током. Электроны в переменном токе перемещаются туда и обратно очень быстро (так быстро, как может двигаться свет) по проводам на сотни миль от крупных электростанций до розеток, встроенных в стены домов и зданий.

Поскольку переменный ток очень мощный, он также может быть очень опасным. Никогда не прикасайтесь к линии электропередач и не втыкайте пальцы или какие-либо предметы, кроме электрических вилок, в розетки. Вы можете получить сильный удар током, который может повредить вам от сильных токов, протекающих по проводам и розеткам.

Батареи обеспечивают гораздо менее мощную форму электричества, называемую постоянным током или DC. В постоянном токе электроны движутся только в одном направлении — от отрицательного (-) конца или клеммы к положительной (+) клемме, через батарею и снова обратно через «-» конец.

Ток, протекающий по проводам, подключенным к батареям, намного безопаснее, чем переменный ток.

Он также очень полезен для питания небольших устройств, таких как сотовые телефоны, радиоприемники, часы, игрушки и многое другое.

Все о цепях

Цепь — это путь, по которому течет электричество. Если путь разорван, это называется разомкнутой цепью, и электроны не могут течь по кругу. Если цепь завершена, это замкнутая цепь, и электроны могут течь от одного конца источника питания (например, батареи) через провод к другому концу источника питания. В цепи батареи положительный и отрицательный концы батареи необходимо соединить через цепь, чтобы разделить электроны с лампочкой или другим объектом, подключенным к цепи.

Переключатель — это то, что позволяет открывать и закрывать цепь. Если вы включаете выключатель в своем доме, вы замыкаете или замыкаете цепь. Внутри стены выключатель замыкает цепь, и электричество течет к свету. Когда вы выключаете свет, цепь размыкается (теперь это разомкнутая цепь ), электроны перестают течь, и свет гаснет.

Отрицательно заряженные электроны, о которых мы говорили выше, не могут «прыгать», чтобы совпасть с положительными зарядами — они могут только перемещаться от одного атома к другому. Вот почему цепи должны быть завершены, чтобы работать.

Жизнь без электричества

В вашем доме когда-нибудь отключалось электричество?

Иногда сильный ветер и буря могут обрушить линии электропередач (высокие столбы, удерживающие толстые провода, по которым течет электричество), нарушив поток электричества.

Когда это происходит, электроны перестают течь и не могут добраться туда, куда направлялись. Когда в ваш дом не поступает электричество, ни свет, ни розетки не будут работать!

Если снаружи темно, то и внутри будет темно.

Компьютеры, телефоны, микроволновые печи, радиоприемники и другие устройства, которые должны быть подключены к сети, перестанут работать.

Если вы теряли силу раньше, можете ли вы описать, на что это было похоже?

Вас что-то прерывало?

Вам приходилось использовать свечи, чтобы видеть?

Если вы никогда раньше не сталкивались с отключением электроэнергии, попробуйте подумать обо всех повседневных делах, которые требуют электричества.

Как бы изменился ваш день, если бы у вас не было электричества? Есть ли вещи, которые вы могли бы использовать вместо батареек?

• Посмотрите этот урок естествознания, чтобы узнать больше об энергии и различных видах электричества.

Science Words

Электроны – мельчайшие частицы внутри атомов, всегда имеющие отрицательный заряд. Именно они вызывают электричество.

Ток – поток электронов для производства электричества.

Разомкнутая цепь – сломанный путь, по которому электроны не могут течь.

Замкнутая цепь – непрерывный путь, по которому электроны могут течь от источника питания обратно к другому концу источника питания.

Эффект Зеебека: превратить тепло в электричество, а затем измерить его термометром с термопарой

Научные проекты

647 отзывов

Аннотация

Всем известно, что электричество может создавать тепло, особенно потому, что наши электроприборы имеют тенденцию нагреваться при включении. Но не было бы здорово сделать обратное — вырабатывать электроэнергию из тепла? В этом научном проекте вы изучите, почему это происходит, измерите эффект, а затем используете это явление для создания собственного устройства, термометра с термопарой, который позволит вам преобразовывать тепло в электрическую энергию.

Резюме

Электричество и электроника

Кратко (2-5 дней)

Понимание или готовность изучить концепции температуры, тепла, электрического тока, электрического потенциала и различные теории моделирования электрических проводников.

Всегда в наличии.

Низкий (20–50 долл. США)

Нет проблем.

Сабина де Брабандере, доктор философии, товарищи по науке

Венделл Виггинс, доброволец друзей-ученых

Цель

Изучить термоэлектричество, в частности явление, называемое эффектом Зеебека, для определения электрического потенциала, генерируемого на стыке проводов, сделанных из различных проводящих материалов, и его изменения в зависимости от температуры.

Введение

Человечество знает о тепловой энергии дольше, чем большинство других форм энергии. На протяжении веков люди довольно легко создавали тепловую энергию как конечный продукт или побочный продукт других процессов производства энергии. Представьте себе огонь, в котором химическая энергия преобразуется в тепловую, или трение, в котором механическая энергия превращается в тепло, и джоулев нагрев, когда часть электрической энергии рассеивается в виде тепла. Можем ли мы обратить эти процессы вспять? Не все, но в 1821 году Томас Иоганн Зеебек открыл, как преобразовывать тепловую энергию в электрическую, и именно этим мы и займемся в этом научном проекте.

Поскольку преобразование тепла в электричество довольно необычное явление, убедитесь, что вы понимаете некоторые фундаментальные аспекты физики, прежде чем углубляться в эту тему. Чувствуете ли вы себя уверенно, отвечая на следующие вопросы?

• Что такое тепло (или тепловая энергия) и как оно связано с температурой ?
• Что такое электрический ток и как он течет по электрическому проводнику ?
• Что такое разность электрических потенциалов и как он измеряется?

Для концепций, в которых вы не уверены, проведите небольшое исследование. Вам нужно будет знать эти концепции, чтобы понять, что происходит в вашем проекте. Проверьте свои учебники, местные библиотеки и просмотрите библиографию для некоторых рекомендуемых учебных материалов. Вы также можете узнать больше об основах электричества в учебном пособии по электричеству, магнетизму и электромагнетизму.

Предварительные исследования должны были помочь вам представить электроны, свободно движущиеся в пространстве между атомами электрического проводника. Рассмотрим другой взгляд на эти электроны, в котором мы не показываем отдельные атомы проводника, а скорее рассматриваем общую среду, которую создают эти атомы. Атомный каркас проводника взаимодействует с свободных электронов , чтобы дать им среднюю энергию. Несмотря на то, что они могут свободно перемещаться внутри проводника, их электрический заряд по-прежнему удерживается электрическими силами каркаса. Точно так же, как вас тянет вниз суммарное гравитационное поле Земли без заметного вклада каждой песчинки, электроны удерживаются электрическими силами от каркаса проводника без заметного вклада каждого отдельного атома.

Величина притяжения электрона к каркасу варьируется от одного проводника к другому, измеряется общей энергией притяжения каждого электрона и хранится в виде потенциальной энергии. Некоторые проводники крепко удерживают свои свободные электроны; это как если бы электрон находился в глубокой долине, и ему нужно много энергии, чтобы преодолеть склон долины и освободиться от силы притяжения проводника. Другие проводники менее прочно удерживают электроны, как будто электроны находятся в более мелкой долине. Энергия, приходящаяся на электрон, необходимая для полного вытягивания электрона из проводника (или по склону), называется его рабочая функция .

Теперь давайте поработаем с нашим проводником (проводниками) несколькими способами и посмотрим, что происходит с этой потенциальной энергией.

Поскольку нашей целью является преобразование тепловой энергии в электрическую, давайте добавим немного тепловой энергии, нагревая один конец электрического проводника, и посмотрим, что произойдет. Тепло заставит свободные электроны двигаться быстрее, а это означает, что им в целом будет легче избежать сил притяжения проводника. Другими словами, повышение температуры проводника снизит работу выхода. Если мы сможем сохранить разницу температур поперек проводника, свободные электроны на теплом конце скатятся вниз по склону энергии к более холодному концу, где их удержит более сильное притяжение к положительному каркасу. Перенос создает накопление отрицательно заряженных электронов на более холодном конце и, таким образом, создает разность электрических потенциалов (ΔV) на проводнике. Как только достаточное количество электронов скатывается с холма энергии, создаваемая ими разность электрических потенциалов противостоит любым другим электронам, спускающимся с холма, что приводит к равновесию.

Образование разности электрических потенциалов в результате разности температур на проводнике — это именно то, что Зеебек открыл в 1821 году. Он называется эффектом Зеебека , измеряемым коэффициентом Зеебека , или S , и определяется следующей формулой:

[Включите JavaScript, чтобы просмотреть формулу][Включите JavaScript, чтобы просмотреть формулу]

S — это мера разности электрических потенциалов, индуцированной на проводнике при разнице температур в один градус для конкретного проводника при определенной температуре. Этот эффект не зависит от температуры, поэтому коэффициент Зеебека зависит от температуры. Обычно выражается в
микровольты на градус Кельвина (мкВ/°К).

Ранее мы упоминали об электронах, движущихся внутри проводника. Значит, мы просто создали ток, нагрев один конец проводника? Превратили ли мы тепловую энергию в электрическую? Да, эффект Зеебека выражает то, как разница температур, создаваемая добавлением тепловой энергии к одному концу проводника, создает разность потенциалов (или электрическую энергию) на проводнике. Достаточно ли этого, чтобы сделать устройство наподобие термометра на эффекте Зеебека? Вернитесь к этому вопросу позже; давайте сначала обсудим, как мы будем измерять эффект.

Чтобы измерить разность электрических потенциалов (или созданную электрическую энергию), нам нужно поместить в цепь вольтметр — это создаст соединения (или соединения) между проводниками. Давайте сначала рассмотрим, что происходит со средней свободной энергией на электрон, когда мы соединяем проводники вместе. На рис. 1 показана эта свободная энергия на электрон на контакте или соединении между двумя проводниками с разными работами выхода. Любая идея, что произойдет?

Когда образуется такой контакт, часть электронов в проводнике 2 (проводнике, где электроны связаны менее прочно — Металл 2 на рис. 1) будут «скатываться с горки» к проводнику 1, поскольку их средняя свободная энергия ниже там; другими словами, они чувствуют большее притяжение к каркасу проводника 1. Перекатывающиеся электроны вносят избыточный отрицательный электрический заряд в проводник 1, который можно измерить как разность электрических потенциалов на соединении. Как только достаточное количество электронов переместится к проводнику 1, электрический потенциал, который они создают, предотвратит дальнейшее движение электронов вниз по склону, что приведет к равновесие .

Теперь — вернемся к теплу. Что произойдет, если мы повысим температуру соединения? Будет ли у большего количества электронов достаточно энергии, чтобы пересечь и скатиться вниз по энергетическому холму, создав большую разность электрических потенциалов? В большинстве случаев да! А сколько еще электронов перевернется (или какой электрический потенциал будет создан) зависит от разницы между коэффициентами Зеебека проводников в соединении.

Видите, как все это связано, как мы можем преобразовать тепло в электричество? Добавление или удаление тепла от соединения проводника изменит его температуру, что приведет к перераспределению электронов и вызовет небольшое, но измеримое изменение разности электрических потенциалов на соединении.

Отлично — что мы можем с этим сделать? Как мы можем применить это? Одним из распространенных применений эффекта Зеебека являются термопарные термометры . Эти термометры измеряют разность потенциалов на стыке для расчета температуры на стыке. Соединение (или соединение между двумя проводниками) в этих устройствах называется термопарой . Давайте более подробно изучим эффект Зеебека, самостоятельно изготовив термопарный термометр, сначала в теории, а затем на практике.

Для создания термометра нам понадобится измерительный щуп. Зонд представляет собой устройство, в котором два разных металла соединены вместе и подвержены воздействию температуры окружающей среды. Как отмечалось ранее, индуцированная разность электрических потенциалов, создаваемая на зонде, будет зависеть от используемых материалов. В этом научном проекте в качестве датчика вы будете использовать щуп коммерческой термопары. В качестве продолжения вы можете исследовать различные проводники или полупроводники.

Во-вторых, нам нужно создать устройство для измерения разности электрических потенциалов на зонде, потому что измеренная разность электрических потенциалов будет индикатором температуры зонда. На рис. 2 показана установка для измерения разности электрических потенциалов.

Будет ли выходной сигнал вольтметра (называемый

[Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра уравнения]

) будет такой же, как разность потенциалов на переходе? Или нам нужно добавить больше терминов, так как в петле появилось больше соединений? Разность потенциалов, наблюдаемая вольтметром, представляет собой сумму потенциалов, создаваемых соединениями металлов. Электрический потенциал вне металлов мы считаем равным нулю, поэтому при сложении потенциалов мы считаем их положительными при входе в металл и отрицательными при выходе из металла. Начиная с левого контакта измерителя, сумма по контуру (при условии, что неизвестная температура равна 100°C) на рисунке 2 будет тогда:

Уравнение 1.

[Включите JavaScript для просмотра уравнения]

Нижний индекс определяет тип металла, а число в скобках указывает температуру. Вы видите, какие условия отменяются? Перестановка других терминов обеспечивает:

Уравнение 2.

[Включите JavaScript для просмотра уравнения][Включите JavaScript для просмотра уравнения][Включите JavaScript для просмотра уравнения]

Читая уравнения, вы видите, как наблюдаемый электрический потенциал на
вольтметр (

[Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра уравнения]

) зависит от того, насколько меняется потенциал в каждом металле с температурой и от используемых металлов?

Отлично, но как преобразовать показания электрического потенциала на вольтметре в температуру? Это довольно просто: так же, как жидкостный термометр использует измерение того, насколько жидкость расширяется при заданном изменении температуры, чтобы преобразовать измерение объема в измерение температуры, термопарный термометр использует ожидаемое изменение электрического потенциала на соединении для заданного изменения температуры. для перевода измеренного электрического потенциала в значение температуры. Точно так же, как мы должны откалибровать наш жидкостный термометр (например, указать объем для температуры 0 ° C), нам нужно будет откалибровать наш термометр термопары (например, показание электрического потенциала для 0 ° C). Термометр термопары немного сложнее, чем термометр жидкости, потому что ожидаемый электрический потенциал на стыке не изменяется линейно с температурой. Из-за этого необходимы списки данных электрических потенциалов переходов для набора температур. Эти списки были опубликованы для различных коммерчески используемых металлов для термопар; пример для термопар типа K можно найти в
Паспорт термопары типа К.

Звучит сложно? Возможно. Но продолжайте, следуйте инструкциям, и все встанет на свои места.

Термины и понятия

• Тепловая энергия
• Тепло
• Температура
• Электрический ток
• Электрический проводник
• Разность электрических потенциалов
• Эффект Зеебека
• Коэффициент Зеебека
• Термопарный термометр
• Термопара

Вопросы

• Что означает отрицательный коэффициент Зеебека?
• Для того, чтобы два металла образовали зонд термопары, подходящий для термометра термопары, должны ли они иметь существенно различную работу выхода или сильно отличающийся коэффициент Зеебека, или и то, и другое?
• Каковы некоторые приложения эффекта Зеебека? Если я никогда не вижу приложение, почему мне важно узнать о нем?
• Какие характеристики термопарного термометра интересны для использования в приложениях? Вот некоторые вещи, о которых стоит подумать:
  1. Точность
  2. Способность измерять температуру газа, жидкости и/или твердых тел
  3. Время реакции (насколько быстро можно получить точное измерение)

Библиография

Следующий сайт является хорошим местом, чтобы освежить свои знания в области теплофизики и электричества:

• Henderson, T. (n.d.). Physics.Topics Кабинет физики. Проверено 23 октября 2012 г.

.

• Лаубе, П. (19 сентября 2012 г.). Основы: Проводники, полупроводники, изоляторы. Полупроводниковые технологии от А до Я. Проверено 23 октября 2012 г.
• Уиндер, Э.Дж., А.Б. Эллис и Г.К. Лисенского (1996, октябрь). Термоэлектрические устройства: Твердотельные холодильники и электрические генераторы в классе. Журнал химического образования, том. 73, нет. 10. Получено 23 октября 2012 г. с
  /научно-выставочные-проекты/project_ideas/Phys_p070.pdf
• Яррис, Л. (февраль 2007 г.). Измерение эффекта Зеебека. Наука в лаборатории Беркли. Проверено 31 октября 2012 г.

.

Материалы и оборудование

• Неизолированная термопара типа K, не помещенная в защитный корпус, например следующее
  Термопара типа К
  доступны на Amazon.com.
• Инструмент для зачистки проводов можно приобрести на Amazon.com
• Наждачная бумага, зернистость 220 (квадрат 2 дюйма)
• Набор из двух штекеров типа «банан» или штыревых разъемов (в зависимости от используемого мультиметра), провода крепятся с помощью винта (не с помощью пайки). Их можно найти в магазине электроники или
  банановые пробки
  или
  булавки
  доступны на Amazon.com.
• Мультиметр с разрешением 1/10 милливольта (мВ), напр. в
  Extech MN35 доступен на Amazon.com.
• Термометр для измерения температуры в помещении
• Стакан для питья
• Кубики льда
• Вода
• Водогрейный котел или горелка и котел для кипячения воды
• Чашка для горячей воды
• Духовка и/или холодильник/морозильник
• Термометр для духовки или холодильника/морозильника или другое устройство для измерения температуры в духовке и/или холодильнике

Отказ от ответственности:
Science Buddies участвует в партнерских программах с
Домашние Научные Инструменты,
Amazon.com,
Каролина Биологический и
Джамеко Электроникс.
Доходы от партнерских программ помогают поддерживать

Science Buddies, общественной благотворительной организации 501(c)(3), и пусть наши ресурсы будут бесплатными для всех. Нашим главным приоритетом является обучение студентов.
Если у вас есть какие-либо комментарии (положительные или отрицательные), связанные с покупками, которые вы сделали для научных проектов из рекомендаций на нашем сайте, сообщите нам об этом. Напишите нам на
[email protected].

Экспериментальная процедура

Примечание перед началом: Этот проект научной ярмарки требует подключения
одно или несколько устройств в электрической цепи. Базовую помощь можно найти в
Учебник по электронике. Однако, если у вас нет опыта сборки
электрические схемы, вам может быть полезно иметь кого-то, кто может ответить на вопросы
и помочь вам устранить неполадки, если ваш проект не работает. Учитель естественных наук или родитель
может быть хорошим ресурсом. Если вам нужно найти другого наставника, попробуйте найти кого-нибудь, у кого есть хобби, такие как робототехника, электроника или сборка и ремонт компьютеров. Возможно, вам также придется проложить себе путь к этому проекту, начав с проекта по электронике, который имеет более низкий уровень сложности.

Изготовление термометра с термопарой

В этом научном проекте оголенный штекер термопары будет заменен двумя штекерами типа «банан» или штырями разъема. (Обратите внимание, что в следующем тексте вы можете заменить любую ссылку на вилку типа «банан» на контакт разъема , если ваш мультиметр использует контакты). Это обеспечит прямое соединение между пробником и мультиметром. В качестве примечания можно использовать разъемы (например, зажимы типа «крокодил») для подключения выходных лезвий термопары к мультиметру. В этом научном проекте такие разъемы намеренно не используются, чтобы обеспечить более точные показания.

1. Используйте кусачки, чтобы отрезать штекер термопары рядом с штекером и выбросить штекер. Сделайте разрез близко к вилке, так как провод должен быть довольно длинным. Почему? Зонд (или один конец провода) должен находиться в месте, где можно измерить неизвестную температуру (например, в духовке или холодильнике). Измеритель будет присоединен к другому концу провода и должен иметь комнатную температуру для проведения точных измерений. Более длинный провод сделает счетчик более практичным.
2. Снимите примерно 1 дюйм покрытия с провода термопары рядом с разрезом. См. Учебное пособие по зачистке проводов Science Buddies, если вам нужно научиться зачищать провода.
   1. Внешнее покрытие скрепляет два электрических провода, называемых выводами термопары , каждый из которых имеет собственное покрытие, как показано на рис. 3. Снимите внешнее покрытие с помощью инструментов для зачистки проводов, чтобы увидеть внутренние провода и покрытие.

Если на одном или обоих проводах осталось покрытие, удалите внутреннее покрытие наждачной бумагой. Вырежьте 2-дюймовый квадратный кусок наждачной бумаги и сложите его пополам шероховатой стороной внутрь этого «бутерброда». Поместите проволоку в сгиб бутерброда и проведите проволокой вперед-назад между сэндвичем, слегка надавливая. Нескольких движений должно быть достаточно, чтобы удалить все остатки покрытия.

3. Подсоедините штекер типа «банан» к каждому проводу, убедившись в хорошем электрическом соединении (т. е. оголенный провод соединяется с токоведущей частью штекера типа «банан»). На рис. 4 показана установка для одного конкретного типа банановой вилки.

4. Вставьте штекеры типа «банан» в мультиметр, чтобы считать разность электрических потенциалов между штекерами. Если вы новичок в мультиметрах,
   Ресурс Science Buddies How to Use a Multimeter вместе с руководством к мультиметру поможет вам провести первые измерения. Обратите внимание, что этот научный проект имеет дело с очень небольшими разностями электрических потенциалов и токов; это безопасное место для экспериментов с вашим глюкометром.
   На рис. 5 показано, как будет выглядеть ваш термопарный термометр, когда он не используется.

Калибровка термометра термопары

Как и любой другой термометр, термометр термопары необходимо калибровать. Он будет измерять электрический потенциал относительно электрического потенциала при комнатной температуре (при условии, что соединения мультиметра имеют комнатную температуру).

1. С помощью термометра измерьте температуру в помещении и запишите ее в таблицу данных, подобную таблице 1.

2. Найдите разность термоэлектрических электрических потенциалов для наблюдаемой комнатной температуры для термопары типа K в этом
   Паспорт термопары типа К.
   Обратите внимание на значение в таблице данных. Обратите внимание на знак (отрицательный или положительный)!

Проверка термометра термопары

Теперь, когда вы откалибровали термометр термопары, вы готовы его протестировать.

1. Возьмите стакан для питья, наполните его кубиками льда и водой (желательно небольшими кубиками льда).
2. Поместите зонд в ледяную воду.
3. Переведите мультиметр в режим измерения напряжения.
   1. Какой диапазон измерений вы ожидаете? Микровольты (мкВ), милливольты (мВ) или вольты (В)? Обратитесь к паспорту термопары типа K, чтобы получить представление.
   2. Отрегулируйте диапазон измерений вашего мультиметра до ожидаемого диапазона измерений.
4. Наблюдайте за показаниями счетчика и запишите показания электрического потенциала для 0° по Цельсию (температура или смесь воды и льда) в таблице данных,
   столбец

   [Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра уравнения]

   .

5. Рассчитайте разность электрических потенциалов перехода (

   [Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра уравнения]

   ).
   Как? Как объяснялось во введении (см. уравнение 2 на вкладке «Основные сведения»), выполняется следующее равенство (при условии, что соединения счетчика имеют комнатную температуру):

   [Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра уравнения]

   или

   [Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра уравнения]

   Сделайте немного алгебры, и вы там. Не забудьте, однако, обратить внимание на знак разности потенциалов. Обратите внимание на результат в таблице данных.

6. Найдите, при какой температуре термопара K создает термоэлектрический потенциал, который вы только что рассчитали, используя лист данных термопары типа K. Запишите эту температуру в таблицу данных.
7. Наблюдаемая температура ледяной воды соответствует вашим ожиданиям? Если нет, вот несколько советов, которые помогут вам понять, что пошло не так:
   1. Вы настроили мультиметр на измерение милливольт (мВ)?
   2. Проверьте знаки электрических потенциалов. Как видно из таблицы данных, разность термоэлектрических потенциалов отрицательна при отрицательных температурах, положительна при положительных температурах.
   3. Вернитесь к листу данных и посмотрите, понимаете ли вы, как его читать. Пример: для комнатной температуры 19° C, вы должны считать с листа термоэлектрический потенциал 0,758 мВ.
   4. Проверьте, есть ли хорошее электрическое соединение на обоих штекерах типа «банан».

Проведение измерений термопарным термометром

1. Измерьте температуру кипящей воды или других холодных или горячих жидкостей, поместив зонд в жидкость. Не забудьте записать свои наблюдения в таблицу данных, подобную Таблице 1.
2. Измерьте температуру воздуха в холодильнике, морозильной камере или духовке, установленную на 250 ° F. В этих случаях датчик должен находиться в холодильнике, морозильной камере или духовке, а мультиметр и его соединения должны поддерживаться при комнатной температуре. Помните об ограничениях вашего датчика термопары; покрытие проволоки может расплавиться при использовании при очень высоких температурах. Не забудьте записать свои наблюдения в таблицу данных, как в Таблице 1.
3. Прежде чем начать, еще одна подсказка: не забудьте дать измерителю нагреться до комнатной температуры и измерять комнатную температуру каждый раз, когда вы перемещаете свой измеритель в другую комнату или начинаете снова в другое время.

Пища для размышлений

Теперь, когда вы знаете, как пользоваться термометром, вот некоторые вещи для изучения:

1. Настройте вольтметр на измерение в милливольтах.
2. Нагрейте один банановый штекер пальцем или тканью, смоченной в горячей воде. Вы видите чтение? Почему нагревание соединения, где выводы термопары соединяются с металлом в штепсельной вилке типа «банан», создает измерение? Это тоже термоэлектрическая пара?
3. Таким же образом нагрейте другую банановую пробку. У вас есть чтение? Если да, то это то же самое? Если нет, то почему должно быть по-другому? Это другая термоэлектрическая пара?

Задать вопрос эксперту

У вас есть конкретные вопросы по вашему научному проекту? Наша команда ученых-добровольцев может помочь. Наши эксперты не сделают всю работу за вас, но они сделают предложения, дадут рекомендации и помогут устранить неполадки.

Опубликовать вопрос

Варианты

• Изготовьте термопары из других металлов (таких как железо или простая стальная проволока, медь или алюминий) и сравните величину эффекта для различных комбинаций. Обратите внимание, что эффекты могут быть небольшими в зависимости от используемых металлов. Посмотрите, сможете ли вы вычислить коэффициент Зеебека по используемым металлам.

Вакансии

Если вам нравится этот проект, вы можете изучить следующие родственные профессии:

• Руководство по проекту научной ярмарки
• Другие подобные идеи
• Идеи проекта по электричеству и электронике
• Мои любимые

Лента новостей по этой теме

,
,

Процитировать эту страницу

Общая информация о цитировании представлена ​​здесь. Обязательно проверьте форматирование, включая заглавные буквы, для используемого метода и при необходимости обновите цитату.

Стиль MLA

Посох друзей науки.

«Эффект Зеебека: превратите тепло в электричество, а затем измерьте его с помощью термометра с термопарой». Научные друзья ,
20 нояб. 2020 г.,
https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Elec_p072/electricity-electronics/measure-seebeck-effect-with-a-thermocouple-thermometer.