Versuch

Versuchsaufbau

Für den Versuch werden folgende Apparaturen und Materialien benötigt:

Metallstreifen: Kobalt, Nickel, Konstantan (50% Cu, 49% Ni, 1% Mn)
Anschlussstücke mit Stromkabelbuchsen: Kupfer und Stahl
Plexiglasstücke mit Messfühleraussparungen
Plexiglasstücke, dünn
Schraubklemmen
Temperaturmessgerät mit zwei Thermoelementen (Typ K mit Dünndrahtsonde)
Gleichstromquelle (max. 5 oder 12 A) mit Strombegrenzer
Multimeter, eingestellt auf 20 A DC
Stromkabel mit Bananensteckern
Stoppuhr
Scheuerreiniger

Warnhinweise

Die folgenden Versuche sind störanfällig. Es ist daher unerlässlich, die gesamte Versuchsanleitung und die Hinweise genau durchzulesen, bevor mit dem Experimentieren begonnen wird.

Da die zu messenden Temperaturunterschiede im Bereich einiger Zehntelgrade liegen, sollten folgende Punkte beachtet werden, um etwaige Messfehler zu minimieren:

Weder das Element noch die Messapparatur dürfen direktem Sonnenlicht oder anderen Wärmequellen (Heizung, Abwärme von anderen Geräten, etc.) ausgesetzt werden.
Die Elemente dürfen während der Versuche nicht berührt werden.
Zwischen den Versuchen muss sich die Temperaturdifferenz zwischen den Kontaktstellen der Elemente ausgleichen. Dies dauert einige Minuten.
Die Kontaktflächen zwischen den verschiedenen Metallen müssen gleich gross sein, da ansonsten der Effekt asymmetrisch wird.
Die Thermoelement-Messfühler müssen mit Vorsicht gehandhabt werden. Knicken der Kabel beschädigt die Fühler irreparabel und führt dadurch zu Messfehler.

Bau und Anschluss des Peltier-Elementes

Das Element an und für sich besteht aus drei Metallstücken, wovon die zwei äusseren vom selben Material sind. Vor dem Gebrauch sind diese ggf. mit einem Scheuerreiniger trocken zu säubern. Die Einzelteile werden wie in der folgenden Abbildung zusammengefügt, wobei die Metalle aus praktischen Gründen horizontal liegen sollten. Ausserdem sollte darauf geachtet werden, dass die Kontaktflächen je etwa die Grösse der Plexiglasunterlage haben.

Nach dem Zusammenbau werden die Messfühler in die Plexiglasaussparungen eingeführt. Um thermische Ungleichgewichte zu vermeiden, sollten die Elemente jetzt nicht mehr berührt werden. Aus messtechnischen Gründen und eventueller früheren Beschädigungen ist es möglich, dass die beiden Messfühler nun Temperaturen anzeigen, die wenige Zehntelgrade aueinanderliegen, obwohl die eigentliche Temperatur dieselbe ist. Diese Ungenauigkeit kann man ausgleichen, indem man den Offset des Messgerätes auf Null setzt. Danach wird die (ausgeschaltete!) Stromquelle angeschlossen; das Multimeter wird in den Stromkreis gehängt, um später die Stromstärke genau zu bestimmen. Sodann kann mit dem Experimentieren begonnen werden.

Die Experimente

Die nachfolgenden Experimente sind als erste Basis gedacht, sie können modifiziert und erweitert werden. Dabei ist aber stets zu beachten, dass der Peltier-Effekt in Metallen relativ schwach ist, d.h., dass unter Umständen ein selbst konzipierter Versuch misslingt, weil der Effekt mit den zur Verfügung stehenden Messgeräten nicht genau genug erfasst werden kann, bzw. dass die entstandenen Messfehler zu gross werden.

Getestet werden kann zuerst die unterschiedliche Leistung von Peltier-Elementen aus verschiedenen Materialien. Bei diesem Versuch werden verschiedene Peltier-Elemente nacheinander während je ca. 10 Minuten mit 5 A belastet.

Wer sorgfältig arbeitet, kann versuchen festzustellen, was für Abhängigkeiten beim Peltier-Effekt bestehen. Hängt die maximale Temperaturdifferenz von der Stromstärke ab, oder von der Grösse der Kontaktflächen etc. Hierbei ist zu beachten, dass zwischen den einzelnen Versuchen ein völliger Temperaturausgleich stattfinden muss. Um die Messung nicht weiter zu beeinträchtigen, sollte auch darauf verzichtet werden, den Versuch zwischen den Messungen ab- und wieder aufzubauen, oder die Strompolarität zu wechseln.

Bestehen jedoch Zweifel an den erhaltenen Messwerten, so kann der Versuch mit umgekehrter Polarität wiederholt werden. Die neuen Messwerte der einen Messstelle sollten mit den alten Messwerten der anderen Messstelle übereinstimmen.

Zum Schluss werden die Messergebnisse mit denjenigen der anderen Gruppen verglichen. Welche Materialpaarungen scheinen geeignet zu sein? Bei welchen ist die Temperaturdifferenz am grössten, bei welchen ist die tiefere Temperatur am tiefsten? Was lässt sich sonst noch über den Effekt aussagen?

URL: http://www.siteware.ch/peltier/versuch.html
Letztes Update: 25. September 1999 durch Christoph Rüegg.