نظرية التجربة بالتفصيل

اكتشف العالم الألماني توماس سيبيك عام 1821م أنه عند توصيل سلكين من معدنين مختلفين عند أطرافهما، وإحداث فرق في درجات الحرارة بين هاتين الوصلتين، ينشأ مجال كهربائي وينساب تيار كهربائي في الدائرة المغلقة. تسمى هذه الظاهرة بـ "تأثير سيبيك" (Seebeck Effect) وهي الأساس العلمي الذي تبنى عليه المزدوجات الحرارية (Thermocouples) المستخدمة على نطاق واسع في قياس درجات الحرارة وتوليد الطاقة الكهروحرارية.

يعود السبب الفيزيائي لهذه الظاهرة إلى انتشار الإلكترونات الحرة (أو حاملات الشحنة) داخل المعادن؛ فعند تسخين إحدى الوصلات، تكتسب الإلكترونات طاقة حركية أعلى وتنتشر من الطرف الساخن ذي الكثافة الحرارية العالية إلى الطرف البارد. ونظراً لأن كل معدن يمتلك كثافة إلكترونية حرة وقدرة انتشار تختلف عن المعدن الآخر، ينشأ فرق جهد كهربائي صافٍ بين الوصلتين يُعرف بالقوة الدافعة الكهربائية الحرارية (Thermoelectric EMF).

العلاقة الرياضية الحاكمة:

حيث تشير الرموز إلى التالي:

• V: الجهد الكهربائي المتولد ويقاس بالملي فولت (mV).
• S: معامل سيبيك للمزدوجة الحرارية ويقاس بـ (mV/°C)، وهو قيمة مميزة وثابتة لكل نوع من المعادن عند مدى معين.
• ΔT: فرق درجات الحرارة بين الوصلة الساخنة والوصلة الباردة بالسيلسيوس (°C).

خطوات عمل المحاكاة

1. انتقل إلى تبويب "المحاكاة" عبر شريط التبويبات العلوي للمختبر.
2. اختر نوع المزدوجة الحرارية (المعادن المشكلة للوصلة) من القائمة المنسدلة، حيث تختلف القيمة النظرية للمعامل بناءً على نوعها (مثال: النوع J، أو K، أو T).
3. قم بضبط درجة حرارة الوصلة الباردة (T_cold) عند قيمة ثابتة (يُفضل 0 °C لتسهيل الحساب).
4. ابدأ بزيادة درجة حرارة الوصلة الساخنة (T_hot) تدريجياً باستخدام شريط التمرير (مثلاً بمقدار 50 °C في كل مرة).
5. لاحظ القراءة اللحظية المتولدة على شاشة جهاز الفولتميتر الرقمي بالملي فولت.
6. اضغط على زر "تسجيل النقطة في الجدول" لحفظ القراءات الحالية تلقائياً في قاعدة البيانات الافتراضية.
7. كرر تغيير درجة الحرارة الساخنة والتسجيل للحصول على ما لا يقل عن 5 إلى 6 قراءات مختلفة وموزعة.
8. انتقل إلى تبويب "جدول البيانات" للتأكد من تسجيل النقاط، ويمكنك تصديرها مباشرة إلى ملف Excel (CSV).
9. انتقل أخيرًا إلى تبويب "الرسم البياني والحسابات" واضغط على زر "تحديث التحليل الرياضي وحساب الميل" ليقوم النظام برسم خط الانحدار، استخراج معامل سيبيك التجريبي، وحساب نسبة الخطأ بدقة.

منصة إجراء التجربة الافتراضية

جدول قراءات التجربة المسجلة

التحليل البياني واستخراج النتائج الفيزيائية