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).