Experimente mit Thermoelementen: Arbeitsblatt
Verwendet wird grundsätzlich das Thermopaar Kupfer/Konstantan. Mit 42,5 Mikro-Volt pro Kelvin Temperaturunterschied liegt die Thermospannung relativ hoch, wodurch auf einen speziellen Mikrovoltverstärker verzichtet werden kann. Für alle Versuche genügt es, die Drahtenden gut zu verdrillen und die freien Cu-Enden direkt oder über Experimentierkabel mit dem Eingang des QUICK-MV-1 zu verbinden.
Das folgende Bild verdeutlicht nicht nur die freizügige Einsetzbarkeit des QUICK-MV-1. Es entstand anlässlich der Frage, ob der Schnee in den nächsten Stunden abtauen werde. Dazu sollte die Temperatur des Schnees mit der Temperatur der Luftschicht darüber verglichen werden. Es kam leider nicht mehr zu der Messung, weil während der Aufnahmen Schneeregen einsetzte...
Eine besonders schöne Anwendung der Temperaturmessung mit einem Thermoelement besteht darin, den Energiegehalt eines elektrischen oder eines magnetischen Feldes zu ermitteln. Dabei wird diese Energie weitgehend vollständig in einem Entladewiderstand in thermische Energie umgewandelt. Da vor dieser Messung die Wärmekapazität des Entladewiderstandes zusammen mit seiner unmittelbaren Umgebung ermittelt wird, muss nur noch mit einem Thermoelement die Temperaturerhöhung gemessen werden, um auf den Energiegehalt des elektrischen oder magnetischen Feldes zurückzuschließen. Die folgenden Bilder zeigen die Messanordnung und eine Nahaufnahme eines geöffneten Messkästchens.
Mit einem Elko mit 1100 Mikro-Farad (auf 1% genau ausgemessen) und Ladespannungen von 50, 40, 30 und 20 Volt ergaben sich errechnete Energiegehalte von 1375, 880, 495 und 220 mJ. Die durch thermische Messung ermittelten Werte waren 1305, 859, 463 und 199 mJ. Also eine ganz brauchbare Übereinstimmung mit Hinweis auf einen systematischen Fehler. Eines meiner nächsten Projekte wird sein, die Genauigkeit durch bessere Berücksichtigung der Wärmekapazität-Dynamik nochmals deutlich zu verbessern, mit Elkos von 4700 Mikro-Farad den Spannungsbereich der Schülerübungen zu erschließen und die bisher nur punktuell vorliegenden Messungen an Spulen zu systematisieren.