Эффект Зеебека.
Эффект Зеебека – явление возникновения в замкнутой электрической цепи термо-ЭДС на концах последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах.
Эффект Зеебека:
Эффект Зеебека – явление (эффект) возникновения в замкнутой электрической цепи термо-ЭДС (электродвижущей силы) на концах последовательно соединённых разнородных (из различных материалов) проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. Цепь, которая состоит только из двух различных проводников, называется термоэлементом или термопарой.
Эффект Зеебека также иногда называют просто термоэлектрическим эффектом. Эффект, обратный эффекту Зеебека, называется эффектом Пельтье.
Данный эффект был открыт в 1821 Т. И. Зеебеком и назван в честь его открывателя.
Физическое объяснение эффекта Зеебека следующее. Если вдоль проводника существует градиент температур, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном; в полупроводниках в дополнение к этому концентрация электронов проводимости растет с температурой. В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному и на холодном конце накапливается отрицательный заряд, а на горячем остаётся не скомпенсированный положительный заряд.
Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет поток электронов в обратном направлении, равный первичному, благодаря чему установится равновесие.
Когда электрическая цепь замкнута, в ней течет электрический ток (называемый термотоком), причем изменение знака у разности температур контактов сопровождается изменением направления термотока.
Термо-ЭДС в эффекте Зеебека:
Появление термо-ЭДС в эффекте Зеебека обусловлено тремя причинами:
1) температурной зависимостью уровня Ферми, что приводит к появлению контактной составляющей термо-ЭДС;
2) диффузией носителей заряда от горячего конца к холодному, определяющей объемную часть термо-ЭДС;
3) процессом увлечения электронов фононами, который дает еще одну составляющую – фононную.
Величина термо-ЭДС зависит от абсолютных значений температур горячего и холодного контактов (T1, T2), разности этих температур и от природы материалов, составляющих термоэлемент.
В небольшом интервале температур термо-ЭДС (Е) определяется по следующей формуле:
Е = α12·(T2-T1),
где:
α12 – термоэлектрическая способность пары (или коэффициент термо-ЭДС) металла 1 по отношению к металлу 2, который является характеристикой обоих металлов термопары. Измеряется в мкВ/К (микровольт/кельвин).
Соответственно исходя из коэффициента термо-ЭДС определяется направление движения термотока. Термоток течет от металла с меньшим значением, к металлу с большим значением.
Значение термо-ЭДС металлов и их сплавов очень мала (порядка нескольких мкВ/К). Для полупроводников термо-ЭДС может превышать 1000 мкВ/К.
Значения коэффициента α (термо-ЭДС) металлов и сплавов по отношению к Pb (свинцу):
| Материал | α, мкВ/К* | Материал | α, мкВ/К |
| Sb | + 43 | Hg | – 4,4 |
| Fe | + 15 | Pi | – 4,4 |
| Мо | – 7,6 | Na | – 6,5 |
| Cd | + 4,6 | Pd | – 8,9 |
| W | + 3,6 | К | + 13,8 |
| Сu | + 3,2 | Ni | 20,8 |
| Zn | + 3,1 | Bi | – 68,0 |
| Au | + 2,9 | Хромель | + 24 |
| Ag | + 2,7 | Нихром | – 18 |
| РЬ | 0,0 | Платинородий | – 2 |
| Sn | – 0,2 | Алюмель | – 17,3 |
| Mg | – 0,0 | Константан | – 38 |
| Af | – 0,4 | Копель | – 38 |
* Знак «+» указывает, что ток течет от Рb к данному металлу через более нагретый спай, а знак «-» – через холодный спай.
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com