Měření termodielektrického jevu
Pro demonstraci termodielektrického jevu jsem využil aparatury, která je zmíněna v práci B. Grosse Theory of Thermodielectric Effect. Tento autor navrhuje do vhodné nádoby umístit kapalný vosk a dno této nádoby chladit. Jako dielektrický materiál pro demonstraci jsem zvolil parafín. Nádobu jsem položil na vrstvu ledu, a tím jsem docílil chlazení spodní kruhové elektrody. V prvních pokusech jsem použil kovovou nádobu, kde jako elektroda fungoval plášť nádoby. Na upevněné distanční zarážky jsem umístil kruhovou elektrodu. Obě elektrody tedy byly odděleny distančními zarážkami malých rozměrů. Nádobu jsem položil na led a následně jsem do nádoby nalil zkapalněný vosk. Kovová nádoba tvořená hliníkovým plechem dosahovala vysoké tepelné vodivosti. Vosk proto nezačal tuhnout pouze u dna, ale postupně tuhnul i v okolí stěn nádoby. Jako vhodnou nádobu jsem tedy v dalších pokusech použil skleněnou misku. Na dno misky jsem nalepil kruhovou elektrodu, vývod jsem umístil na okraj nádoby a zakryl bezbarvým lakem. V předchozích pokusech s kovovou nádobou jsem pozoroval velkou změnu objemu měřeného parafínu při ztuhnutí. Došlo ke zmenšení objemu a často se stalo, že hladina měřeného parafínu nedosahovala až k horní elektrodě. Tuto skutečnost jsem řešil jinou konstrukcí horní elektrody, kterou jsem vyrobil ze sítka na čaj. Sítko je pro materiál propustné, netvoří pevnou bariéru. Tvar sítka je navíc výhodný, protože kopíruje výduť vznikající při tuhnutí parafínu v nádobě.Obr. 1 - Nádoba pro měření termodielektrického jevu
Vývody z obou
elektrod jsem připojil k citlivému milivoltmetru s
vysokým vstupním odporem.

Obr. 2 - Nádoba pro měření termodielektrického jevu připojená k milivoltmetru
Před měřením
jsem do vhodné nádoby nalil vodu a nádobu uložil
do mrazicího boxu. Příprava ledu je časově
náročná, je vhodné led vytvořit jeden či
více dnů před vlastním měřením. Těsně před
měřením jsem začal zahřívat pevný parafín.
Parafín poměrně rychle zkapalní, vhodné
množství parafínu závisí na použité
nádobě a vzdálenosti elektrod. Ve
znázorněných experimentech jsem použil 275 g
parafínu. Takové množství bylo dostatečné
pro částečné ponoření sítka. Po
úplném zkapalnění jsem parafín nalil do
nádoby pro měření termodielektrického jevu.

Obr. 3 - Kapalný parafín v nádobě pro měření termodielektrického jevu
Obr. 3 - Kapalný parafín v nádobě pro měření termodielektrického jevu
Nádobu pro
měření termodielektrického jevu jsem položil na
vytvořenou vrstvu ledu a sledoval jsem měřené napětí.

Obr. 4 - Aparatura během měření termodielektrického jevu
Obr. 4 - Aparatura během měření termodielektrického jevu
Těsně po
nalití parafínu a umístění nádoby na
vrstvu ledu nevykazuje milivoltmetr žádnou výchylku. Až
po několika minutách dochází k dramatickému
nárůstu napětí. Uvedený postup při přípravě
k měření jevu jsem se pokusil pozměnit. Zkapalněný
parafín jsem nalil do nádoby, která již byla
položena na vrstvě ledu. Milivoltmetr těsně po nalití
parafínu vykazoval značnou výchylku. Pro
demonstrační účely a pro přesné proměření
závislosti napětí U na času t je proto vhodné zachovat výše uvedenou posloupnost.
Výsledky měření:
Měření termodielektrického jevu jsem několikrát opakoval. Výsledky měření závislosti napětí na času vykazují zřetelnou shodu.
Měření číslo 1
Výsledky měření:
Měření termodielektrického jevu jsem několikrát opakoval. Výsledky měření závislosti napětí na času vykazují zřetelnou shodu.
Měření číslo 1
| vlhkost | 45% |
| teplota | 22°C |
| tlak | 99,9 kPa |
| Závislost napětí U na času t při termodielektrickém jevu | |
|---|---|
| t [min] | U [mV] |
| 1 | 0 |
| 2 | 0 |
| 3 | 200 |
| 4 | 580 |
| 5 | 960 |
| 6 | 880 |
| 7 | 640 |
| 8 | 380 |
| 9 | 420 |
| 10 | 360 |
| 11 | 240 |
| 12 | 160 |
| 13 | 100 |
| 14 | 80 |
| 15 | 30 |
| 16 | 0 |
Graf závislosti:


Měření číslo 2
Při tomto měření jsem pozměnil postup během přípravy k měření jevu. Zkapalněný parafín jsem nalil do nádoby, která již byla postavena na vrstvě ledu.
Při tomto měření jsem pozměnil postup během přípravy k měření jevu. Zkapalněný parafín jsem nalil do nádoby, která již byla postavena na vrstvě ledu.
| vlhkost | 43% |
| teplota | 23°C |
| tlak | 100,5 kPa |
| Závislost napětí U na času t při termodielektrickém jevu | |
|---|---|
| t [min] | U [mV] |
| 1 | 300 |
| 2 | 510 |
| 3 | 500 |
| 4 | 480 |
| 5 | 430 |
| 6 | 380 |
| 7 | 340 |
| 8 | 300 |
| 9 | 260 |
| 10 | 215 |
| 11 | 185 |
| 12 | 170 |
| 13 | 150 |
| 14 | 150 |
| 15 | 165 |
| 16 | 180 |
| 17 | 160 |
| 18 | 110 |
| 19 | 105 |
| 20 | 0 |
Graf závislosti:
Ve znázorněných grafech si můžeme povšimnout, že
pokles napětí není rovnoměrný. V některých
místech dochází k mírnému
nárůstu napětí a vytváří se zde
lokální maxima. K nárůstu napětí
dochází přibližně ve stejné době, kdy se
tvoří druhé fázové rozhraní u
hladiny kapalného parafínu. Domnívám se
tedy, že toto druhé fázové rozhraní může
způsobovat nárůst měřeného napětí.

Obr. 5 - Vznik druhého fázového rozhraní u hladiny kapalného parafínu
Obr. 5 - Vznik druhého fázového rozhraní u hladiny kapalného parafínu
Experimentální potvrzení
termodielektrického jevu je zajímavým
doplněním výuky problematiky dielektrik. Experiment lze
snadno realizovat při použití levných a dostupných
materiálů. Během měření se manipuluje s kapalným
parafínem, který dosahuje relativně nízké
teploty. Tato manipulace je však nejnebezpečnější
částí měření. Během této fáze je
vhodné manipulaci s parafínem kontrolovat, aby
nedošlo k případným poraněním. Po
naměření závislosti napětí na času je nutné
aparaturu vyčistit.
Obr. 6 - Ztuhlý parafín po skončení měření termodielektrického jevu
Ztuhlý parafín jsem
ponechal v nádobě pro měření termodielektrického
jevu a tuto nádobu jsem zavěsil do vodní lázně.
Pomalu jsem zvyšoval teplotu do chvíle, kdy došlo
ke zkapalnění parafínu u stěny nádoby. Poté
lze parafín snadno z nádoby vyjmout. Okraje nádoby
zůstanou potřísněny parafínem. Tyto zbytky jsem odstranil
tupým nožem. Následně jsem otřel stěny nádoby a
elektrodu látkovým hadříkem namočeným v
acetonu. Nádoba tak byla připravena k dalšímu
měření.
V následujícím odkazu je možné stáhnout PowerPointovou prezentaci, ve které jsou zpracovány výsledky měření termodielektrického jevu.
V následujícím odkazu je možné stáhnout PowerPointovou prezentaci, ve které jsou zpracovány výsledky měření termodielektrického jevu.