Hur varm är en låga
Bakgrund
Section titled “Bakgrund”Jag såg detta exempel på Seebeckeffekten på nätet där man med hjälp av två metalltrådar kunde mäta en spänning. Även om den film jag såg hade mer avancerad utrustning så tänkte jag att vi kunde försöka med de få metalltrådar vi hade. Sagt och gjort, det blev en lektion!
Material
Section titled “Material”- Metalltrådar
- Multimeter (behöver kunna mäta millivolt eller lägre)
- Värmekälla (t.ex. ljus eller värmepistol)
Beskrivning
Section titled “Beskrivning”Klipp till två metalltrådar av samma material i lagom långa längder, ca 10 cm. Tvinna ihop trådarna i ena änden och koppla de andra till en multimeter med krokodilklämmor. Ställ in multimetern på att mäta spänning i millivolt.
Håll den tvinnade änden i lågan på ett ljus och mät spänningen, eller snarare avsaknad av spänning.
Byt ut den ena tråden mot en annan metall och upprepa experimentet. Nu kan vi notera en spänning! På något sätt omvandlas värmeenergin till elektrisk energi. Det är Seebeckeffekten.
Vi provade att räkna ut temperaturen i lågan med hjälp av spänningen och Seebeckkoefficienten som går att hitta på nätet. Tyvärr finns det lite för många felkällor i det här experimentet för att det skall bli en bra uppskattning av temperaturen, men ofta hamnar det i rätt härad.
Efter att ha provat olika metaller och även sett att det går att mäta ganska höga temperaturer så kom vi fram till att vi ville testa var en låga är varmast. Eleverna hade lite olika gissningar med motiveringar, men de flesta trodde att en låga skulle vara varmast närmast veken.
Eftersom lågan fladdrade så tog vi fram en av våra bunsenbrännare istället. Den lågan är mer stabil och vi gjorde en enkel rigg av ett stativ och klämmor.
Sen var det bara att flytta vår temperaturmätare från botten till toppen av lågan. En liten aha-upplevelse infann sig när vi såg att det var varmast i toppen av lågan, inte närmast mynningen på brännaren.
Spänningen som uppstår i Seebeckeffekten kan beräknas med formeln:
Där är den uppmätta spänningen, och är Seebeckkoefficienterna för de två metallerna, och är temperaturdifferensen mellan den varma och kalla sidan av kopplingen.
Nedan är Seebeckkoefficienter för några vanliga material vid rumstemperatur, mätta relativt platina1:
| Material | Seebeckkoefficient (μV/K) |
|---|---|
| Antimon | +47 |
| Järn | +19 |
| Molybden | +10 |
| Wolfram | +7,5 |
| Guld, silver, koppar | +6,5 |
| Aluminium | +3,5 |
| Kol | +3,0 |
| Platina | 0 (referens) |
| Nickel | −15 |
| Konstantan | −35 |
| Vismut | −72 |
Kommentarer
Section titled “Kommentarer”Seebeckeffekten används i vanliga thermocouples, alltså den lilla elektroniska komponent som mäter temperaturer i t.ex. ugnar, bilar.
Men den används även i RTG (Radioisotope Thermoelectric Generators) som används i rymdsonder och andra applikationer (som strömkälla i pacemakers!2) där det är svårt att byta ut batterier. RTG använder värme från radioaktivt sönderfall från plutonium-238 för att generera elektricitet. NASA hade problem att få tag på mer plutonium-238 för sina rymdsonder, något som nu håller på att lösas.3
När jag funderade över detta experiment så behövde jag lära mig mer och promptade frisk med en AI för att förstå bättre. Resultatet finns i den här filen — den kan säkert innehålla en del fel så använd på egen risk. Men det ger en bra översikt.