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Der Peltiereffekt EisenЦKonstantan und NickelЦKupfer zwischen 0░ und 560░ C.

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351
8. Der Peltiereffelzt Eisen-Konstantan
und Nickel-Eupfer xwiscJhert O o und 560° C.;
von Paul Cerrnak.
(Auszug &us den Sitzungsber. der kaiser]. Akad. der Wissensch. zu Wicn.
Abt. Ila. 116. p. 657. 1907.)
L e c h e r l) hat ein thermoelektrisches Kalorimeter angegeben, das es ermoglicht, die Peltiereffekte der verschiedenen
Metalle innerhalb weiter Temperaturgrenzen ihrem absoluten
Werte nach zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit sollen
die Ergebnisse gezeigt werden, die fur die
Metallkombinat,ionen Eisen-Iionstantan und
Nickel-Kupfer zwischen O o und 560°C. erhalten wurden.
Das benutzte .Kalorimeter zeigte iiur
unwesentliche Abweichungen von jenem, das
L e c h e r bei seinen Untersuchungen verwendet hat. Es bestand aus zehn hintereinander geschalteten Thermoelementchen,
die in einem Kreiso von etwa 1 cm Durchmesser angeordnet waren. Die Fig. 1 zeigt
einen Durchschnitt durch das im elektriachen Ofen befintlliche Kalorimeter.
Von den zehn Thermoelementchen Bind
in der Figur nur zwei gezeichnet, ihre Lotstellen befinden sich bei h',, iV2; T,,T,.
Von zwei oberen Lotstellen AT fiihren
Kupferdrahte zu einem E d elm a n n schen
Fig. 1.
Drehspulengalvanometer mit objektiver Ablesung. Die nnteren Lotstellen tauchen in die Kalorimeterfliissigkeit B, die sich in dem eprouvettenartigen GlasgefaBe E
befindet. Als Fliissigkeit wurde bis 150° C. Petroleum, bis
300° Reten, dariiber Chrysen verwendet. In das Innere ragten
1) E. L e c h e r , Wiener Ber. 116. Abt. IIa. p. 1506. 1906.
352
P. Certnak.
die zur Bestimmung des Peltiereffektes dienenden, in der Figur
stark gezeichneten Metalldraihte. Der Eisendraht Yel war mit
dem gleichstarken Konstantandrahte lionst. hart verlotet. An
beide waren auf3erhalb des elektrischen Ofens Kupferdrahte
gelijtet, die zu einer Akkumulatorenbatterie (4 Volt) fiihrten.
Derselbe Stromkreis enthielt noch ein Amperemeter, Regulierwiderstande und einen Stromwender. Der Eisendraht E’e,, das
daran hart angelotete Konstantandrahtchen J (0,06 mm Durchmesser und ca. 1 cm Lange), das ganz in die Kalorimeterfliissigkeit taucht, und der Eisendraht .Pel bildeten mit der
obigen Akkumulatorenbatterie einen zweiten Alternationsstromkreis; mit diesem wurde durch den von einem bekannten
Strome im diinnen Drahtchen J hervorgebrachten Jouleeffekte
das Kalorimeter zu jeder Messung geeicht. Ein in diesen
Stromkreis geschalteter Normalwiderstnnd und eine Zweigleitung zum Galvanometer lieSen den Widerstand des Drahtchens J bei jeder Temperatur bestimmen.
Damit nun die Drahte Fe,, lie, und Koast. niemals das
Kalorimeter direkt beriihrten, waren die Thermoelementchen
mit einem aus Wasserglas und Mennige hergestellteii Kitt
auf einem Glasrohre befestigt und nach auJ3en sowohl wie
nach innen durch weitere Glasrijhren geschiitzt. (In der Figur
weggelassen.)
Das ganze Kalorimeter befand sich in einem 65 cm langen,
vertikal gestellten elektrischen Ofen, der in der Figur bei 0
verkiirzt angedeutet ist. Er bestand aus einem Messingrohre,
nm das nach entsprechender Isolation mit Asbestpappe Nickeldraht von 0,5mm Dicke bifilar gewickelt war; nach au6en
schiitzten wiederum Asbestschichten vor zur groBem Warmevcrluste.
An dem oben erwahnten Thermoelemente Pe,-Konst., d;ts
der Messung des Peltiereffektes diente, war noch eine Zweigleitung zum Galvanometer angebracht. AuBerdem war ein
zweites, aus genau gleichen Drahten hergestelltes Thermoelement, das auch znm Galvanometer geschsltet werden konnte,
in einem zweiten elektrischen Ofen eingebettet, der ein bis
550 O C. geeichtes Quecksilberthermometer enthielt. %lit diesen
beiden Anordnungen konnte leicht die Temperatur im Kalorimeter gemessen werden. Den steten Ausgleich der Temperatur
353
Pdtiercffekt.
in der Kalorimeterflussigkeit bewirkte eine magnctische Riihrvorrichtung, die in der Figur nicht eingezeichnet ist.
Bei der Bestimmung des Peltiereffektes ru’ickel-Kupfer
blieb die Anordnung genau dieselbe, nur wurden statt der
Eisen- und Konstantandrahte Nickel- und Kupferdrahte benutzt. Nur das Konstantandrahtchen J wurde in der gleichen
oben ausgefuhrten Weise benutzt.
Durchfuhrung der Messungen.
Vor jedem Versuche wurde die Temperatur in der Kalorimeterflussigkeit bestimmt. Dann wurde der Widerstand des
kleinen Konstantandrahtchens J bestimmt. War dies geschehen, so wurden die zehn Thermoelementchen des Kalorimeters dauernd mit dem Galvanometer verbunden. Da die
oberen und unteren Enden der Thermosaule (3und 3) trotz
aller Sorgfalt nie genau die gleiche Temperatur hatten, muBte
eine Vorrichtung getroffen werden, um den Lichtfleck des
Galvanometers im mittleren Skalenbereiche zu halten. Zu
diesem Zwecke murde der Widerstand von etwa 0,l Ohm in
die Galvanometerleitung geschaltet , und an die Enden dieses
Widerstandes wurde ein Hilfsstromkeis (Beutelelement mit vorgeschaltetem ca. 1000 Ohm Widerstand) angelegt. Durch
Anderung dieses Widerstandes gelang es , den Galvanometerausschlag auf eine beliebige Stelle der Skala zu bringen.
Nun wurde, um das Kalorimeter zu eichen, der Jouleeffckt
wahrend sechs halber Minuten bestimmt. Ein Strom, dessen
Starke so gewahlt war, daB die von ihm-hervorgerufene Erwarmung der Erwarmung bzw. Abkiihlung beim spater zu
messenden Peltiereffekt ungefihr gleichkam, wurde durch das
System Eisendraht-Konstantandraihtchen-Eisendraht (FeI-J-Fe2)
geschickt. Vor und nach dem Versuche wurde der Gang des
Galvanometerausschlages eine Zeitlang beobachtet und aus
diesen Beobachtungen wurde eine Korrektur berechnet. Die
Art der Messung war dabei dieselbe, wie sie Lecher’) angegeben hat. Dabei wurde der jeweilige Stand des Galvanometerausschlages alle halbe Minuten nacih dem Schlage einer
genau gehenden Pendeluhr abgelesen und verzeichnet.
-
1) E. L e c h e r , 1. c. p. 1512.
Annalen der Physik. IV. Folge. 24.
24
P. Cermak.
354
Um mit dem jetzt geeichten Kalorimeter den Peltierefekt
zu messen, wurde ein bekannter Strom (ungefahr ein Amphe)
durch das System Eisen-Konstantan (I"e,--lionst.) geschickt
und durch sechs halbe Minuten der bewirkte Qalvanometernusschlag beobachtet. Auch hier wurde aus dem Gange des
Ausschlages vor und nach der eigentlicben Messung eine
Korrektur angebracht. Die Beobachtung wurde dann mit umgekehrter Stromrichtung wiederholt. Da die beiden Ausschlage
nach entgegengesetzter Richtung erfolgten , erhielt man durch
Addition ihrer korrigierten absoluten Betrage und Division
durch zwei jenen Ausschlag, der dem Peltiereffekte der jeweiligen Stromstarke wahrend sechs halber Minuten entsprach.
Nun wurde nach der bekannten Formel 0,239. i2 20 t der Wert
des Jouleeffektes fur 3 Minuten in Qrammkalorien ausgerechnet.
Entspricht diesem Werte A ein Ausschlag von a cm, so entsprechen den 6 cm Ausschlag, die beim Bestimmen des PeZfierefiktes waihrend dreier Minuten gefunden wurden, B = A I, / a
Grammkalorien. Dividiert man B noch durch die Stromstarke
(in AmpBre) und die Sekundenzahl der Beobachtungszeit (180),
so erhalt man den Wert des Peltiereffektes in Grammkalorien
fur ein Coulomb. Zur Kontrolle wurden nach jeder Beobacbtung noch einmal der Jouleeffekt und auch die Temperatur
bestimmt.
Ergebnisae.
Die ersten Versuche uber den Peltiereffelrt Eisen-Konstantan wurden bei Zimmertemperatur ausgefuhrt und ergaben
3,G. low8Grammkalorien pro Sekuncle. Dieser Wert stimmt
gut uberein mit dem von L e c h e r l) gcfundenen 3,4.10-3,
zumal die von mir benutzte Eisensorte anderer Provenienz war.
Die folgenden zwei Tabellen enthalten die Ergebnisse:
die erste fur Eisen-Konstantan, die zweite fur Nickel-Kupfer.
Bei Zimmertemperatur wurden je zehn Beobachtungen gemacht,
bei den hijhwen Temperaturen mufiten meist mehr Beobachtungen gemacht werden, unter denen fur die Tabelle jene
ausgewiililt worden sind, die urn hochstens Ifr: 5 O C. von der
angegebenen Durchschnittstemperatur abwichen.
1)
E. Lecher, 1. c. p. 1520.
355
Peltiereffckt.
Bei 0" C. befand sich das Glasgefai3, das das Kalorimeter
enthielt (Fig. 1, 3),in schmelzendem Schnee, sonst immer im
elektrischen Ofen. Dieser wurde bis zu Temperaturen von
160° mit dem Gleichstrom der Hausbatterie (30 Akkumulatoren), bei hoheren Temperaturen mit dem Wechselstrom der
stiLdtischen Leitung geheizt. Da letztere oft grotleren Schwankungen unterworfen ist, kann er wohl die etwas groi3eren Abweichungen der einzelnen Werte bei hoheren Temperaturen
mitverursacht haben.
E i s e n-Ron s t a n t a n .
-
Temperatur
i n O C.
Einzelne
Werte
in Grammkalorien . i.0-3
Mittelwerte:
1
0
20
130
240
320
2,95
3,06
2,98
3,04
3,06
3,11
2,99
3,69
2,89
3,03
3,71
3,63
3,70
3,64
3,40
3,65
3,74
3,70
3,71
3,60
4,11
4,65
4,63
5,24
4,47
4,39
4,R3
4,48
4,37
4,36
6,OS
5,97
6,16
6,84
6,21
6,52
6,29
5,88
5,98
6,43
7,11
8,40
7,91
9,02
8,70
7,76
7,96
8,03
8,30
8,00
3,1
8,2
4,5
1
560
11,9
13,l
12,2
11,7
12,4
11,6
13,8
12,9
12,6
12,8
1
12,5
N i c kel-K u p f er.
Einzelne
Werte
in Grammkalorien
.
hlittelwerte :
2,04
2,08
2,05
1,70
1,83
1,98
1,87
1,83
2,oo
1,81
2,23
2,12
2,27
2,09
2,18
2,14
2,08
2,20
2,13
2,07
2,53
2,38
2,49
2,29
2,52
2,45
2,41
2,53
2,49
2,44
2,07
1,94
2,13
2,15
1,98
2,06
2,22
2,02
1,99
2,08
1,92
2,15
2,45
2,06
1,97
1,84
1,92
2,07
1,82
1,88
1,96
1,94
1,85
2,27
2,42
2,35
2,42
2,29
2,38
2,46
2,50
2,35
1,87
2,41
1,91
2,38
24 *
356
P. Cer ma k . Peltiereffekt.
Urn ein Bild der Abh’inngigkeit des PeltiereEektes von der
Temperatur zu erhalten, wurden die gefundenen Werte in ein
Koordinatensystem eingetragen, wobei als Einheit der Abszisse
100 O C., als Einheit der Ordinate
Grammkalorien genommen wurden.
e
MO
200
300
400
500
600
Tmperalur in Celsiusgraden
Fig. 2.
Die Kurve fur Eisen-Konstantan weicht ziemiich stark
a b von jener, die B a u s e n w e i n l ) angegeben hat; doch erkliirt
sich die Abweichung au8 der geringeren Zuverlassigkeit seiner
Methode. Die Kurve fur Nickel-Kupfer zeigt gute Ubereinstimmung mit der von R z i ha2) gefundenen.
P r ag, Deutsche UniversitBt.
1) E. B a u s e n w e i n , Wiener Ber. 114. Abt. Ha. p. 1632. 1905.
2) K. Rxiha, Wiener Ber. 116. Abt. IIa. p. 715. 1907.
(Eingegangen 9. September 1907.)
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