018 – Thermoelement
Thermoelektrischer Effekt
Seebeck-Effekt
Erzeugung von Spannung durch Erwärmen
Einführung in:
- Temperaturmessung
- Elektrisches Thermometer
Material:
a)
- Elektrode zum Schweißen, aus Nickel (die Beschichtung muss zunächst mittels einer Zange und grobem Schleifpapier entfernt werden)
- Kupferdraht (ca. 20 cm)
Kontaktspannung 20 µV/K
oder
b)
- Konstantandraht (Länge ca. 20 cm; Durchmesser ca. 0,5 mm)
- Eisendraht (Länge ca. 20 cm; Durchmesser ca. 0,5 mm)
Kontaktspannung 43 µV/K
oder
c)
- Nickel-Chrom-Draht (Länge ca. 20 cm; Durchmesser ca. 0,5 mm)
- Nickel-Draht (Länge ca. 20 cm; Durchmesser ca. 0,5 mm)
Kontaktspannung 40 µV/K
allgemein: Geeignet sind Paare aus Drähten zweier verschiedener Metalle A und B, z.B. auch Eisen und Zink
- Spannungsmessgerät im Millivolt-Bereich / Multimeter
- Krokodilklemmen
- Kerze / Feuerzeug
Aufbau:
a)
- Entferne die Isolierung vom Kupferdraht und wickle ihn ein- bis zweimal um die Nickelelektrode, so dass eine feste Verbindung zwischen den Metallen entsteht.
b) c)
- Verdrille die Enden der beiden Drähte auf einer Länge von 5 cm
- Schließe das Spannungsmessgerät an die freien Enden von Metall A und Metall B an.
Durchführung:
- Erwärme die Kontaktstelle der Metalle mit der Kerzenflamme.
Beobachtung:
- Das Spannungsmessgerät zeigt eine Kontaktspannung im Millivolt-Bereich an.
- Bei zunehmender Erwärmung der Kontaktstelle steigt die Kontaktspannung
- Sie beträgt für das Metallpaar a) Kupfer – Nickel : 20 µV/K, das heißt 2 mV entsprechen also einer Temperaturerhöhung von 100 K.
- Beim Abkühlen geht die Kontaktspannung zurück.
Erklärung:
- Die Kontaktspannung ist auf die unterschiedliche Austrittsarbeit von Elektronen aus verschiedenen Metallen zurück zu führen, die Fermi-Niveaus liegen unterschiedlich hoch.
- Die Kontaktspannung steigt proportional zur (absoluten) Temperatur an der Kontaktstelle.
Tipps:
- Der Kontakt zwischen den Metallen lässt sich erhöhen, indem man mit einem Hammer auf die Stelle der Verdrillung schlägt oder die Drähte zusammenlötet.
- Mit einem Spannungsmessgerät im µV-Bereich lässt sich sogar die Wärme der Hand nachweisen.
- Beim Metallpaar Metall A Nickel-Chrom – Metall B Nickel beträgt die Kontaktspannung etwa 40 µV/K (oberhalb 0 °C).