Физические явления, обусловленные взаимосвязью между тепловыми и электрическими процессами в металлах и полупроводниках, называют термоэлектрическими явлениями. К ним относятся эффекты Зеебека, Пельтье и Томсона. Возникновение термоэлектрической ЭДС (ТЭДС) в электрической цепи, состоящей из нескольких разнородных проводников или полупроводников, называется эффектом Зеебека. Пара разнородных, материалов, используемых для получения ТЭДС, назывется термопарой. ТЭДС (а вместе с ней и вызываемый ею электрический ток) обращается в нуль вместе с разностью температур спаев: , (35.13) где и – температуры горячего и холодного спаев, – коэффициент ТЭДС, зависящий от материалов термопары и от температуры. Эффект Зеебека наблюдается как для пар металлов, так и для полупроводников. Так для термопары сурьма – свинец . Термопара представляет собой прибор, непосредственно преобразующий тепловую энергию в электрическую. Мощные металлические термопары с успехом заменили бы тепловые электростанции, если бы не их низкий КПД (не более 0,5%). Значительно бóльшим КПД обладают полупроводниковые термопары. У них значительно больший коэффициент ТЭДС и меньше теплопроводность, что уменьшает тепловые потери – передачу тепла вдоль термопары от одного спая к другому, охлаждение нагреваемой части термопары внешней атмосферой. Полупроводниковые термоэлектрогенераторы используются для прямого преобразования тепловой энергии ядерного реактора в электрическую на космических аппаратах. С повышением температуры уровень Фéрми у полупроводников как , так и типа смещается к середине запрещенной зоны. В результате зонная диаграмма искривляется, как это показано на рис. 35.38. ТЕДС равняется разности потенциалов точек и : . (35.14) Потенциальная энергия электрона, прошедшего по замкнутой цепи между точками и , уменьшается на величину , а кинетическая энергия его направленного движения, т. е. энергия электрического тока, возрастает на ту же величину. С помощью термопары можно измерять температуру спая (или, точнее, разность температур между двумя спаями). Включенный в цепь гальванометр измеряет силу тока , где – полное сопротивление цепи. Отсюда определяется , а по ТЭДС – разность температур. Гальванометр можно, для данной термопары, проградуировать так, чтобы он показывал сразу разность температур. Если соединить несколько ( ) термопар последовательно в так называемый термостолбик (рис. 35.39) и нагревать спаи, выведенные в одну сторону, точность измерений повышается в раз. Термостолбиком, подключенным к точному гальванометру, можно обнаружить горящую свечу на расстоянии порядка километра или измерить интенсивность света звезды.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Эффект Зеебека» з дисципліни «Курс лекцій з загальної фізики, орієнтований на будівельні спеціальності»
