Thermoelement
Aufbau und Durchführung
Joachim Herz Stiftung
Zwei Kupferdrähte und ein Konstantandraht werden in der Reihenfolge Kupfer - Konstantan - Kupfer verlötet.
Die Lötstelle am Übergang von Kupfer nach Konstantan wird mit kochendem Wasser auf der Temperatur \({\vartheta _2} = 100^\circ {\rm{C}}\), die Lötstelle am Übergang von Konstantan zu Kupfer mit Eiswasser auf der Temperatur \({\vartheta _1} = 0^\circ {\rm{C}}\) gehalten.
Zwischen die freien Enden der beiden Kupferdrähte schaltet man einen hochempfindlichen Spannungsmesser (Abb. 1).
Beobachtung
Durch die Temperaturdifferenz der Lötstellen bildet sich eine Thermospannung aus, die abgegriffen und mit dem Messgerät angezeigt wird.
Betrachte das Video.
Berechne die Temperatur der Lötstelle im Thermofühler, wenn die andere Lötstelle des Kupfer-Konstantan-Elements im Thermometerinneren auf \(20,0^\circ {\rm{C}}\) gehalten wird und das Voltmeter \(+0,35\rm{mV}\) anzeigt. Es wird eine linearer Zusammenhang zwischen Spannung und Temperaturdifferenz angenommen.
Digitalthermometer
Aufgabe
Betrachte das Video, beobachte insbesondere die Reaktionszeit des elektrischen Thermometers und erläutere, warum sie sich deutlich von derjenigen des Flüssigkeitsthermometers unterscheidet.
Thermosäule
Aufgabe
Betrachte das Video und beschreibe anschließend den Zusammenhang zwischen der gemessenen Spannung und der Entfernung der Hand von der Thermosäule.
Funktionsweise einer Thermosäule
Joachim Herz Stiftung
Die Thermosäule besteht aus vielen in Serie geschalteten Thermoelementen, wobei (siehe Abb. 7 und 8) sich die Lötstellen von Kupfer (braun) zu Konstantan (rot) im vorderen Teil des Gerätes (rosa) und die Lötstellen von Konstantan zu Kupfer im hinteren verdeckten Teil des Gerätes (blau) befinden.
Dadurch addieren sich die kleinen Spannungen, die bei geringen Temperaturunterschieden zwischen den einzelnen Lötstellen auftretenden, zu einer größeren, gut messbaren Spannung.