В топлоелектрическа поради три причини:

1) температурната зависимост на нивото на Ферми, което води до появата на thermopower контактния компонент;

2) дифузия на носители на заряд от горещия край на студа определяне thermoelectromotive насипно част;

3) Метод електрон плъзгане фонони, което позволява друг компонент - фононни.

Помислете първо причината. Въпреки факта, че нивото на Ферми в проводници слабо зависими от температурата (изроден електронен газ), за разбирането на тези отношения на термоелектрически ефект е от решаващо значение. Ако двете термодвойка възли са при същата температура, контакт потенциална разлика равно и в противоположни посоки, т.е. те се изключват взаимно. Ако температурата на кръстовище е различен, той ще бъде различен и вътрешен контакт потенциал разлика. Това води до нарушаване на равновесието и появата на електрически контакт thermopower на ():

където Е F - Ферми енергия;

к - константата на Болцман;

д - таксата за електрон.

За свободни електрони за промяна линейно с температура.

Втората причина причинява насипно компонент топлоелектрическа свързана с неравномерно разпределение на температурата в проводника. Ако температурния градиент се поддържа постоянна, а след това чрез проводник ще отидат постоянен топлинен поток. В метали, пренос на топлина е главно движение на електрони проводимост. Дифузионен поток от електрони, насочени срещу температурния градиент. В резултат на електронната плътност в горещия край е намалена, и увеличение на студено. Вътре проводника електрическо поле E насочено срещу температурен градиент Т., който предотвратява по-нататъшно разделяне зареждане (фиг. 2).

Появата на топлоелектрическа в хомогенен материал поради пространственото хетерогенността на температурата

Напрежението възниква термоелектрически поле се определя от температурен градиент по дължината на пробата (Е Т = О дТ / DX) и потенциална разлика (топлинна едн) - температурна разлика (Dj T = АД T).

Така, в равновесие условие температурен градиент по дължината на пробата създава постоянна потенциална разлика в краищата им. Това е дифузия (или обем) компонент thermoelectromotive сила, която се определя от температурната зависимост на концентрацията на носител и подвижност. Електрическото поле възниква в този случай металната екрана, а не върху самите контакти.

В случай на положителен заряд носители (дупки) се загрява край заредена отрицателно и положително охлажда, в резултат на промяна на знака на thermopower. В смесен тип проводник от горещия край на студа дифузни електрони, така и на дупки, затваряне на електрическите полета в противоположни посоки. В някои случаи тези полета се анулират взаимно и няма потенциал разлика в края не възниква. Такъв е случаят води.

Третият източник thermopower - електрони плъзгане фонони ефект. В присъствието на температурен градиент възниква заедно плаващи фононите проводниковите насочени от горещия край на студ. Сблъсквайки се с електрони, фотони информират ги насочено движение, да ги влачеше. В резултат на това, в района на студения край на пробата ще се натрупват отрицателен заряд (най-горещите и - положителни), докато потенциалната разлика, произтичаща балансира плъзгане ефект. Тази потенциална разлика представлява допълнителен принос компонент thermopower при ниски температури, което се превръща в решаващ.

Стриктно термоелектрически изходна мощност от кинетичната уравнението е доста сложно. Обикновено, причината за всички термоелектрически явления - нарушаване на термичното равновесие в потока (т.е., разликата в средната електронна енергия поток от стойността на нивото на Ферми). Най-общо експресията на коефициент thermoelectromotive метали (т.е. за силно изроден електрон газ) е:

Ако приемем, че зависимостта на проводимост метал (и) на енергия (Е) е достатъчно слаб, за да се получи формула на свободни електрони:

Абсолютните стойности на термоелектрически коефициенти увеличават с намаляване на концентрацията носител. В метали, концентрацията на свободни електрони е много висока и не зависи от температурата; електрон газ е в състояние на дегенеративен и следователно на нивото на Ферми, и енергията на скоростта на електрони е слабо зависи от температурата. Ето защо, thermoelectromotive сила "класическата" метал е много малка (от порядъка на няколко СрН / K). За полупроводников може да надвишава 1000 тУ / К.

За сравнение, таблица показва стойностите на определен метал (по отношение на резултата) за температура 0 ° С, Е 100 ° С (положителен знак се определя металите, към който ток протича през нагрява възел).

Тези данни не трябва да се считат за напълно надеждни, тъй като топлоелектрическа зависи от чистотата на материала и е силно чувствителен към външни механични и химични влияния.

Всички термоелектрически явления се дължат на явленията на миграцията и или електрически топлинни потоци, протичащи в средата, в присъствието на електрическа и топлинна области. Причината за всички термоелектрически явления е, че средната енергия на превозвачите в потока се различава от средната енергия в състояние на равновесие.

В допълнение към ефекта Зеебек, за термоелектрически ефекти включват Пелтие ефект и обратната явление Зеебек Thomson ефект.

Термоелектрически фактор на мощността, свързани с Пелтие коефициенти (P) и Thomson (Т) от отношението:

Зеебек ефект, както и друга термоелектрически явления е феноменологичната.

Тъй като електрическите схеми и устройства са винаги кръстовища и контактите на различни проводници, температурните колебания в точките на контакт се срещат thermopower, че трябва да се счита за точни измервания.

От друга страна, на топлоелектрическа е широко практическо приложение. Зеебек Ефект на метали, използвани в термодвойки за измерване на температура. Що се отнася Термогенератор в който топлинната енергия директно се превръща в електрическа енергия, след това те използват полупроводникови термодвойки, има много по-голяма thermopower.

Ефект открит през 1821, TI Зеебек (Th. J. Зеебек).

започване време (влизане т о -3 до 2);

Жизненият цикъл (т влизане в 15 до 15);

Разграждане време (влизане т г от -3 до 2);

Време оптимално проява (влизане т к -2 до 3).

Техническа реализация на ефекта

Най-важното техническата реализация на ефекта Зеебек в метали е термодвойка а - температура чувствителен елемент в устройствата за измерване на температура. А термодвойка се състои от два последователно свързани чрез запояване или заваряване на различни метални проводници М1 и М2. В комбинация с електрически измервателни уреди термодвойка форми термоелектрически термометри, калибриран директно в ° К или S.

Фиг. 3 показва схема на превключване в измервателния термодвойка верига:

а) измерване на устройство 1 е свързано с помощта на свързващи проводници 2 в интервал от thermoelectrodes М1;

б) на измервателния уред е свързан към краищата thermoelectrodes М1 и М2; Т А и Т B - температурата, съответно, "горещи" и "студено" контакти термодвойка.

Типично включване термоелектрически сензор с термостат контакт

Типично включване термоелектрически сензор с netermostatirovannym "празен ход" Контакти

При измерване на температурата на щифтовете обикновено термостатирани (обикновено при 273 К - чрез топене лед).

Температурата, измерена с помощта на термодвойки, са много големи: от хелий, до няколко хиляди градуса. Таблица 2 показва thermoelectrodes материали, които обикновено са направени от термодвойка използва за различни температурни региони.

В зависимост от целта на термодвойката са: стационарни и преносими, с влагоустойчива, взривозащитени, херметичната обвивка и без него, вибрации доказателство и др.

С Зеебек явление, освен температура могат да бъдат определени и други физически величини, измерването на което може да се намали до измерване на температури: мощност AC, потокът на лъчиста енергия, газ под налягане и т.н.

За да се увеличи чувствителността на термоелементи, свързани последователно в термоелектрически (фиг.4). По този начин, всички четни номера възли се поддържат при същата температура, докато всички нечетен - в друга. EMF на такава батерия е равна на сумата на отделните елементи на топлоелектрическа.

Миниатюрното термоелектрически (наречена термоелектрически) се използва успешно за измерване на интензитета на светлината (както видимо и невидимо). Във връзка с чувствителен галванометър те имат голяма чувствителност: детектиране, например, топлинно излъчване от човешката ръка.

В термоелектрически представлява интерес като генератор на електрически ток. Въпреки това, използването на метал термодвойки неефективна, обаче за преобразуване на топлинна енергия в електрически полупроводникови материали.

3. sivukhin SD Общото време на физиката, Наука, Москва, 1977.- V.3. Elektrichestvo.- S.481-487.

4. Stilbans LS Физика на полупроводници М. 1967.- S.75-83, 292-311.

Раздели на естествените науки:

Свързани статии