Thermozuil

Een thermozuil is een ther­mi­sche ontvan­ger bestaande uit een reeks thermo-elementen. De thermozuil is een elektrisch apparaat dat warmte-energie omzet in elektrische energie.

De thermozuil is een toepassing van het thermokoppel en bestaat uit een aantal in serie geschakelde koppels. De thermozuilen meten niet de absolute temperatuur, maar produceren een uitgangsspanning evenredig aan een lokaal temperatuurverschil of een temperatuurgradiënt.

De zuil wordt veelal gebruikt voor het meten of aantonen van zeer kleine verschillen in temperatuur, bijvoorbeeld in stralingsmeters, chemische detectoren en vermogensmeters. De thermozuilen zijn de belangrijkste component van de infraroodthermometers die wijdverspreid door medici worden gebruikt om lichaamstemperatuur in het oor te meten.

Helaas beschik ik nog niet over een bijbehorend experiment. Wie-O-Wie kan me daar aan helpen?

EINDEXAMEN VOORBEREIDEND WETENSCHAPPELIJK ONDERWIJS IN 1977
Woensdag II mei, 9.30- 12.30 uur
NATUURKUNDE


Opgave 1

Een thermozuil bestaat uit vier in serie geschakelde thermo-elementen . Elk van deze thermo-elementen bestaat uit een koperdraad en een constantaandraad. Van ieder van deze thermo-elementen is het ene contactpunt plat gewalst tot een contactoppervlak en zwart gemaakt (A). De andere contactpunten worden op de constante temperatuur T₀ van de omgeving gehouden.
De uiteinden R en S van de thermozuil zijn aangesloten op een ideale spanningsmeter (zie figuur I).

De thermospanning bij 1,0 graad temperatuurverschil bedraagt bij koper-constantaan: 0,040 mV.
Vanaf het tijdstip t = 0s valt een constante stralingsstroom van P watt op elk van de zwarte contactoppervlakken A van de thermozuil. Hierdoor stijgt de temperatuur van
deze oppervlakken.
Het verband tussen de spanning V_RS en de tijd is in figuur 2 weergegeven .

1. Waarom is het zinvol een aantal thermo-elementen in serie te schakelen?

De temperatuur van de omgeving (To) bedraagt 18,5°C.

2. Bepaal de eindtemperatuur van de contactoppervlakken A van de thermozuil.
3. Schets in het diagram op het bijgevoegde antwoord papier (bijlage I) het verband tussen de temperatuur van de contactoppervlakken A en de tijd, voor het tijdsinterval 0 s ≤ t ≤ 8 s.
4. Verklaar hoe het komt dat de temperatuur van de contactoppervlakken A steeds langzamer toeneemt.

De temperatuur T_A van de contactoppervlakken A als functie van de tijd (t) wordt gegeven door de volgende relatie:

T_A = P/α (1 - e^(-αt/k)) + T₀

Hierin zijn α en k constante grootheden.

5. 1. Leid uit deze formule af wat de eenheid van α in het SI is.
   2. Bepaal de eenheid van k uitgedrukt in de grondeenheden van het SI.

Men laat nu op elk van de zwarte contactoppervlakken A een constante stralingsstroom van 3 P watt vallen.

6. Hoe groot wordt nu de eindtemperatuur van deze contactoppervlakken?