26. Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов.
Термоэлектрические явления – это явления, в которых отражается специфическая связь между электрической и молекулярно-тепловой формами движения материи в металлах и полупроводниках. Эти явления существенно зависят от неоднородности материалов, что характерно для цепей, состоящих из контактов разных металлов или полупроводников. Рассмотрим контакт 2 металлов 1,2 с различной концентрацией электронов: n1 > n2
+ |
- |
n1 + |
- n2 |
+ |
- |
После
создания контакта начинается диффузия
электронов из одного атома в другой.
Т.к.концентрации электронов различны,
то диффундирующие потоки из разных
металлов будут неодинаковыми.это
приведет к заряжению металлов
противоположными зарядами и возникновению
между ними внутренней контактной
разности потенциалов
При
этом первый металл будет иметь больший
потенциал относительно второго. Изменение
энергии
свободных
электронов в приконтактной области при
установившемся значении контактной
разности потенциалов соответствует
динамическому равновесию. При динамическом
равновесии потоки электронов в одном
и другом направлениях в металлах будут
одинаковыми. Так как концентрация
свободных электронов в металлах очень
большая, то переход элекронов из одного
металла в другой практически не изменит
их концентраций, которые и в условиях
динамического равновесия останутся
прежними. Рапределение свободных
электронов в соприкасающихся металлах
в рамках классической физики будет
соответствовать распределению Больцмана.
Можно записать концентрации для
электронов в 1-ом и 2-ом металлах:
=
и
=
.Здесь
-
потенциальная энергия электронов в
одном металле,
- в другом, причем
, где е- заряд электрона. Взяв отношение
=
,
прологарифмировав его, получаем
=
Итак, внутренняя контактна разность
потенциалов зависит как от различий
концентраций свободных электронов в
металлах, так и от их температуры.
кроме
внутренней контактной разности
потенциалов при сопрокосновении металлов
возникает так называемая внешняя
контактная разность потенциалов, которая
обусловлена различием работы выхода
электронов из разных металлов.
27.Термоэлектродвижущая сила. Термопара. Явление Пельтье. Между двумя различными металлическими проводниками в месте их соединения возникает контактная разность потенциалов, обусловленная различием работы выхода электронов из разных металлов, неодинаковой концентрацией электронов и давлением электронного газа.
Причины.термо-э.д.с.: · температурная зависимость контактной разности потенциалов; · диффузия носителей заряда от горячих спаев к холодным; · увлечение электронов фононами (квантами тепловой энергии).
Разность
потенциалов U, появляющаяся на концах
разомкнутой электрической цепи, состоящей
из двух различных проводников, контакты
которых находятся при различных
температурах (Т1 и Т2) называется
термоэлектродвижущей силой. ЭДС равна
сумме скачков потенциала цепи,
обусловленных сторонними силами:
= β(
).
Это явление, справедливое и для
полупроводников, называют термоэлектричеством.
Термоэлектричество находит 3 основных применения:
Для создания генераторов тока с прямым преобразованием молекулярно-тепловой энергии в электрическую. (исп.на кораблях, спутниках в кач-ве бортовых источников электроэнергии)
Для определения температур. В медицине исп.для нахождения температуры отдельных органов.
Для измерения мощности инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучений.
Термопара - (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах. Явление Пельтье можно считать обратным термоэлектричеству. Если через термопару пропустить электрический ток от постороннего источника, то один из спаев будет нагреваться, а другой – охлаждаться. Кол-во теплоты, выделенное на одном спае, будет равно кол-ву теплоты, поглощенному на другом. При изменении направлени тока роль спаев изменится. Кол-во выделевшейся или поглощенной теплоты пропорционально заряду q, протекшему через спай за время t: Q = Пq = П/q, где П-коэф.Пельтье, зависящий от соприкасающихся материалов и их температуры. Закономерность позволяет определить кол-во теплоты Пельтье,которое отлично от кол-ва теплоты Джоуля – Ленца, так как в последнем случае оно пропорционально квадрату силы тока. Явление Пельтье используют для создания холодильников, установок микроклимата и т.п., которые используют для медико-биологических целей. Изменяя силу тока, можно регулировать кол-во выделяемой или поглощаемой теплоты,а изменяя направление тока можно преобразовать холодильник в нагреватель и наоборот.