UNIVERSIDAD CATÓLICA BOLIVIANA SAN PABLO FACULT FACULTAD AD DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIA LABORATORIO DE FISCA II PRACTICA Nro. 9: EFECTO SEEBECK Docente 3n+. Tatiana Tatiana 4laudia 5en+el Tarquino Tarquino 6rupo 7unes 89: ; <:: Estudiante 6on=alo >anuel ille+as ille+as Sala=ar 4elular
EFECTO SEEBECK 1. OBJETIVO Estudiar el efecto efec to Termoeléctrico Termoeléctrico Seebeck. Determinar la eficiencia de la maquina térmica
2. FUNDAMENTO TEORICO Seeb Seebec eck k descu descubri brió ó accid acciden ental talme ment ntee mient mientras ras sold soldab abaa un cabl cablee de cobre y otro de bismuto de bismuto.. Que cuando dos cables de diferentes metales (o semiconductores) eran unidos para formar un circuito de al menos dos empalmes, una corriente fluira cuando los cruces estu!iesen a diferentes temperaturas. Este fenómeno, denominado el efecto Seebeck, es la base sobre la que se dise"an los termopares termopares.. #n termopar es un circuito $ec$o de dos metales distintos, que produce un !olta%e como resultado de la diferencia de temperatura entre un e&tremo denominado 'punto caliente y otro 'punto fro. ∆ V = α ∆ T
() *ara el caso la relación sera i+ual a
V = α ( T c −T f )
(-)
Donde es i+ual al !olta%e producido por la diferencia de calor, α es la potencia termoeléctrica o también conocido como coeficiente de Seebeck. El calor calor es tran transf sfor orma mado do,, por por la bomb bomba, a, en ener ener+ +aa eléctrica que es conducida $acia el motor eléctrico (/T 0 E) transforma una !ariación de temperatura en traba%o o ener+a eléctrica) $aciendo +irar el mismo. Este efecto est1 basado en el se+undo principio de la termodin1mica enunciado por 2el!in que dice
FIGURA 1. Demostración efecto Seebeck
“ Para que se produzca una transformación de calor en trabajo es necesario dos fuentes a distinta temperatura”.
El rendimiento térmico o eficiencia de una m1quina térmica es un coeficiente o ratio adimensional, la eficiencia térmica para una m1quina térmica ideal como una función de la temperatura de sus reser!orios fros y calientes es
e=
T c −T f T c
(9)
. PROCEDIMIENTO *ara el estudio e&perimental del efecto termoeléctrico de Seebeck, y determinar la eficiencia de la misma m1quina térmica, se utili=ó una con!ertidor termoeléctrico (fi+ura -), !oltmetro, termómetro, tester, +enerador de !apor y dos calormetros. Se comen=ó el e&perimento calentando a+ua en el +enerador de !apor $asta su punto de ebullición, y también enfriando la misma cantidad de a+ua $asta una cierta temperatura, lue+o se introdu%o uno de las l1minas del con!ertidor al calormetro con a+ua fra y la otra l1mina en el calormetro con a+ua caliente, tomando en cuenta que el con!ertidor se encuentre primeramente en (/T 0 ), lue+o se conecto el !oltmetro, y los polmetros que en este caso calcularon las temperaturas en FG4H de los correspondientes calormetros, una !e= montado el sistema, se procedió a medir los datos de !oltios y temperatura, en inter!alos de un minuto, accionando el con!ertidor a (/ 0 /T ), el tiempo fue super!isado a tra!és de un cronometro di+ital, esta operación fue reali=ada en die= pruebas, o al menos $asta que la $élice del con!ertidor de%e de operar, lo que indicaba que el a+ua en ambos calormetro lle+aron a un equilibrio térmico.
FIGURA 2. 4on!ertidor Termoeléctrico 4. DATOS EXPERIMENTALES
Tf " temperatura a+ua fra FG4H Tc " temperatura a+ua caliente FG4H α " potencia termoeléctrica o coeficiente de Seebeck " !olta%e FH e " eficiencia de la m1quina térmica
T!"#! 1. DITJS EK*E53>ELTI7ES EBE4TJ SEEME42 N$
% &'()*
+V &V*
T, &$C*
T- &$C*
?:-
A,8
<-
-
-
8@8
A,<
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9
9
8
A,A
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8
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A
A
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9A-
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?8
7a Tabla contiene los datos que se obtu!ieron en laboratorio de manera e&perimental, donde la primera fila indica el nNmero de reali=adas, la se+unda fila contiene los datos de tiempo cronometrados en FminH, la tercera fila muestra los datos de !olta%e calculado calculados a tra!és del !oltmetro en FH, la cuarta fila contiene datos de temperatura del a+ua fra y la quinta contiene los datos de de a+ua caliente, ambos en unidades FG4H
. AN/LISIS DE DATOS 0 T!"#! R3') 4 D!%o
V &V*
502
484
467
453
437
427
410
399
386
372
+T &$C* 54,6 53,4 52,3 51,2 50,0 48,9 47,8 46,7 46,5 45,4 7a Tabla - resume los datos de la e&periencia, la primera columna contiene los datos de !olta%e en FH presentados en la tabla fila 9, la se+unda columna contiene la diferencia de temperaturas (T c ; Tf ), los mismos datos se obtu!ieron a partir de la tabla ; fila 9 y fila 8 respecti!amente, calculados en unidades de FG4H.
0 A)!#o56! M!%'7%(-! 5eali=ando una analo+a matem1tica de la ecuación (), se puede e!idenciar que la misma coincide con el comportamiento de una función de tipo lineal. 4omparando se tiene que
V = α ∙ ∆ T
"1#
y = Bx + A
"4#
.1 Gr7,(-! E8r(')%!# ,;8< = 1.>8 0 2?.2@ R = .99
Vo#%! &V*
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
T'r!%3r! &$C*
FIGURA 3.
GRÁFICA EXPERIMENTAL: VOLTAJE VS TEMPERAT!RA
En la Bi+ura 9 se muestra la +r1fica de los datos de la tabla resumen de datos (Tabla -), puede notarse claramente que la +r1fica tiene una tendencia de tipo lineal de los datos, como se $a demostrado en la analo+a matem1tica.
.2 R3#%!4o 4 #! R5r()
7os si+uientes resultados de la re+resión est1n basados en los datos que forman parte de la +r1fica e&perimental, los resultados fueron obtenidos de la $erramienta computacional E&cel. I O (-89,-@9 P @,-8) FH M O (9,<-A P :,9<<) FCG4H r O :,8 7a representación >atem1tica es
− − −
$ Jrdenada al ori+en. Constante B $ *endiente de la recta. Constante r $ 4oeficiente de correlación. Constante A
. I)%rr%!-() F6(-! 4 Lo R3#%!4o 4 #! R5r() −
$ *unto de intersección entre la lnea de tendencia.
Constante A
(-89,-@9 P @,-8) FH
−
$ constante de proporcionalidad del coeficiente de Seebeck
Constante B
(9,<-A P :,9<<) FCG4H
−
$
Constante r 7os
datos se a%ustan a la lnea de tendencia en un ,8
C7#-3#o 4 #! E,(-()-(! 4 #! M73()! Tr'(-! *ara poder reali=ar el c1lculo de la eficiencia de la m1quina térmica utili=ada en laboratorio, utili=amos la relación presentada en la ecuación (9), y reali=ando un promedio de las temperaturas fra y caliente de la tabla , entonces tenemos que
e=
57,7−8,02 57,7
e =0,861= 86,1
>. CONCLUSIONES RECOMENDACIONES Se pudo reali=ar el estudio el efecto termoeléctrico de Seebeck, calculando el coeficiente del mismo, tras el proceso e&perimental reali=ado en laboratorio se pudo confirmar y e!idenciar que en un efecto termoeléctrico, es posible la con!ersión de ener+a calorfica a ener+a de tipo eléctrica, a tra!és de una con!ersión de las diferencias de temperatura (fracaliente) a !olta%e eléctrico, para poder e&plicar, un e&plicación a ni!el atómico, describe a este fenómeno como un +radiente de temperatura aplicado pro!oca portadores car+ados en el material (metales semiconductores), si $ay electrones o $uecos, para difundir desde el lado caliente al
lado fro, similar a un +as cl1sico que se e&pande cuando se calientaR por consi+uiente, la corriente inducida termalmente. En el presente informe también se pudo calcular la eficiencia da la m1quina térmica que se empleo para el estudio del efecto Seebeck, a tra!és de una relación que propuso el cientfico 4arnot para calcular la eficiencia de una m1quina térmica, el resultado fue una eficiencia del @<,, lo cual indica que la m1quina con la que se traba%o est1 dentro de un ran+o de eficiencia satisfactorio. Es recomendable tomar en cuenta factores de temperatura y presión del ambiente en el que se reali=a las pruebas e&perimentales, para poder determinar y anali=ar de qué modo repercuten las mismas en los resultados finales, adem1s de esto sera de mayor pro!ec$o estudiar el efecto de *eltier, el cual est1 muy relacionado con el efecto estudiado en el presente laboratorio, esto para poder comprender de me%or forma el fenómeno de la Termoelectricidad, y sus correspondientes aplicaciones.
. BIBLIOGRAFHA $ttpCCpendientedemi+racion.ucm.esCcentrosCcontCdescar+asCdocumento-@A.pdf $ttpCC.fodonto.uncu.edu.arCuploadC-doprincipio.pdf $ttpCCes.ikipedia.or+CikiC5endimientot49Irmico $ttpCC.icb.uncu.edu.arCuploadCp8calor.pdf $ttpCCdescar+as.cetronic.esCTermoelectricidad.pdf
