Versuch zum Selbstbau eines Thermoelementes

Bei einem Thermoelement handelt es sich um zwei unterschiedliche elektrisch verbundene Materialien,
die angeregt durch Wärme eine elektrische Spannung, die sogenannte Thermoelektrizität abgeben.

Geräte und Materialien:

Aluminiumfolie
Kohlenstoffstab (Kohlefaserstab oder Bleistiftmine)
Hitzequelle (Gasbrenner/Feuerzeug, alternativ auch eine Kerze)
Messgerät für elektrische Spannung (Multimeter mit mV Bereich)
Krokodilklemmen oder Draht

Durchführung:

Aus der Aluminiumfolie wird ein schmaler Streifen (ca. 3 cm * 5 cm) geschnitten und um ein Ende des Kohlestabes gewickelt.
Die Alufolie muss hierbei eng anliegen, dass ein guter Kontakt zum Kohlestab besteht.
Vom dem Ende mit Alufolie wird ein Pol zum Spannungsmessgerät geführt.
Das andere (freie) Ende des Stabes wird mit dem anderen Pol des Spannungsmessgerätes verbunden. Das Spannungsmessgerät wird eingeschaltet und auf Millivoltmessbereich eingestellt.
Nun wird das mit Aluminiumfolie umwickelte Ende des Kohlestabes mit einer Flamme erhitzt.
Ab einer bestimmten Temperatur kann jetzt eine Spannung von einigen Millivolt gemessen werden.
Desweiteren lässt sich feststellen, dass die Alufolie negativ und der Kohlestab positiv geladen ist.

Erklärung:

Aluminium und Kohlenstoff haben unterschiedliche Temperaturkoeffizienten in der thermoelektrischen Spannungsreihe.
Zwischen der Aluminiumfolie und dem Kohlestab fliessen minimale Diffussionsströme durch frei bewegliche Elektronen in den Leitungsbändern.
Wird die Übergangszone erhitzt, findet der Diffusionsprozess verstärkt statt und es kann eine geringe Spannungsdifferenz von einigen Millivolt gemessen werden.
Im Leitungsband des Kohlenstoffs frei gewordene Elektronen diffundieren hierbei in die Alumiliumfolie,welche sich dadurch negativ auflädt.

Bilder:


Thermoelement bei Zimmertemperatur ca. 20°C / gemessene Spannung = 0.0 mV


Thermoelement wird in Brennerflamme erhitzt / gemessene Spannung = 1,4 mV


Thermoelement kühlt wieder ab / gemessene Spannung = 0,5 mV