Конспект урока по теме Применение термопары (10 класс)

Применение термопары

Цели:

образовательные:

1. Познакомить учащихся с применением термопары в практических целях.

2. Вывести формулу для расчета теплопроводности и закона Фурье.

развивающая:

1. Способствовать развитию общеучебных умений.

воспитательные:

1. Воспитывать интерес к предмету физика по средствам элективных курсов.

2. Воспитание активного отношения к познанию окружающего мира.

План занятия (40 минут):

1. Организационный этап - 2 мин.

2. Мотивационный этап - 5 мин.

3. Объяснение нового материала - 28 мин.

4. Итог урока - 3 мин.

5. Домашнее задание - 2 мин.

Ход занятия

Этап урока

Действия учителя

Действия учеников

Тетрадь

Записывают тему урока

Делают записи в тетради

Делают записи в тетради

Делают записи в тетради

Делают записи в тетради

I.

Дожидаюсь тишины. Приветствие учеников:

- Здравствуйте ребята!

Успокаиваются

Приветствуют учителя, садятся.

II.

III.

IV.

V.

- Запишем тему нашего сегодняшнего урока: «Применение термопар»

- Проведенные на занятиях демонстрации действия термопары позволили нам сделать выводы о возможности их применения в качестве измерителей температуры и источников тока.

-Величина термоЭДС пропорциональна Т. Таким образом, зная табличное значение коэффициента термоЭДС (₁₂) для данной термопары можно определить разность температур исследуемого тела и окружающей среды.

- Скажите мне, пожалуйста, в каком случае измерение термоЭДС (термотока) позволит

определить непосредственно температуру исследуемого тела?

- Каким образом можно обеспечить это условие?

- В помещении лед быстро растает, и температура спая будет повышаться. Как в этом случае обеспечить необходимую точность измерений?

- Верно. В лабораторных или производственных условиях
используются так называемые сосуды Дьюара, которые по своему устройству аналогичны бытовым термосам. Однако для проведения длительного контроля температуры более удобно использовать специальный прибор, обеспечивающий необходимую температуру t = О ⁰С. Такой прибор называется нультермостат. Принцип его действия основан на использовании другого термоэлектрического явления - эффекта Пельтье, с которым мы познакомимся чуть позже.

- С помощью термопар можно измерять как сверхнизкие температуры (до -200 ⁰С), так и высокие (до +2000 ⁰С). Конструкция термопары дает возможность контролировать температуру в конкретной точке тела, что позволяет получить картину распределения температуры данного объекта. Кроме того, посредством термопар можно измерять температуру в труднодоступных местах. Термопары малоинерционные, способны регистрировать быстродействующие тепловые процессы. Все это определяет достоинства термопар по сравнению с термометрами.

Важнейшей особенностью термопар является то, что в ней происходит
преобразование тепловой энергии в электрическую. Таким образом, она является датчиком температуры, сигнал которого регистрируется электроизмерительным прибором (милливольтметром) или компьютером.

- Что влияет на точность измерения температуры посредством термопары?

-Вы правильно указали факторы, определяющие точность измерения температуры. В этом случае затронули очень важный вопрос о влиянии теплопроводности проводников на точность измерения термоЭДС.

- Как известно, электрическая проводимость - это процесс переноса электрического заряда при наличии разности потенциалов , характеризуемый величиной электропроводности G. Величина электропроводности связывает между собой ток и напряжение

I = G. (1)

- Теплопроводность - процесс передачи теплоты при наличии в теле разности температур Т. Этот процесс характеризуется одноименной физической величиной К и определяет количество теплоты, переданное в единицу времени

Q=К Т. (2)

Соотношение (2) получило название закона Фурье.

Для электропроводности G справедливы следующие очевидные соотношения:

G = = , (3)

где R - электрическое сопротивление, s - площадь поперечного сечения проводника, l - длина проводника,  - удельное сопротивление, γ - удельная
электропроводность.

- Сопоставляя процессы электропроводности и теплопроводности, получим следующую формулу:

K=, (4)

где ℵ - удельная теплопроводность.

- Обратите внимание на аналогию в выражениях
законов Ома и Фурье. Ом для обоснования полученной им экспериментальной зависимости тока от ЭДС и сопротивления использовал обратную аналогию между «переходом электричества» и «переходом теплоты», пропорциональным разности температур.

- Демонстрационные термопары, имеющиеся в школьных кабинетах физики, представляют собой жесткие конструкции из провода достаточно большого сечения. В связи с этим для точного измерения температуры в различных физических экспериментах иногда приходится применять самодельные термопары.

- Поэтому, у нас с вами будет лабораторная работа по изготовлению и градуировке термопары.

- По какой формуле электропроводность связывает между собой ток и напряжение?

- Назовите формулу закона Фурье?

- Какие из формул справедливы для электропроводности G?

- Сопоставляя процессы электропроводности и теплопроводности, можно получить следующую формулу. Какую?

- Запишите домашнее задание: повторить весь пройденный материал по курсу.

- До свидания!

- Величина термоэлектрического тока будет пропорциональна
температуре объекта, если температура окружающей среды будет t = О ⁰С

-Второй (контрольный) спай термопары необходимо поместить в сосуд с тающим льдом, имеющим температуру t = О ⁰С

- В качестве сосуда для тающего льда необходимо использовать
термос.

-Точность определения температуры зависит от класса точности электроизмерительного прибор.

-На точность измерения влияет качество теплового контакта
измерительного спая термопары с исследуемым телом и условие выполнения
необходимого температурного режима для контрольного спая (t = 0 ⁰С).

-Тепловой контакт между исследуемым телом и термопарой
приведет к некоторому изменению измеряемой температуры, поскольку металл хорошо проводит тепло. Если измеряемая температура положительна,
то она будет понижаться, если отрицательна - повышаться.

- I = G.

- Q=К Т

G = =

-K=

Записывают домашнее задание.