23 К термоэлектрическим явлениям относятся эффекты возникно­вения электродвижущей силы при создании разности температур меж­ду двумя контактными областями (явление термо-ЭДС или эффект Зее- бека), выделения или поглощения теплоты в контактах (эффект Пельтье), дополнительное по отношению к эффекту Джоуля - Ленца выделение или поглощение теплоты в объеме материала при пропускании через него тока в условиях градиента температуры (эффект Томсона).

24Сущность эффекта Зеебека состоит в том, что в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных различных материа­лов, возникает ЭДС, если места контактов поддерживаются при раз­личных температурах. В небольшом интервале температур величину термо-ЭДС Е можно считать пропорциональной разности температур и коэффициенту Зеебека:

Е = а(Т-Т₀), (1.56)

где Г-температура «горячего» контакта; Т₀-температура «холодного» контакта; а-удельная (дифференциальная) термо-ЭДС (коэффициент Зеебека), которая зависит в первую очередь от свойств материала, а также от температуры.

25.Эффект Пелыте- эффект, обратный эффекту Зеебека. Сущность его состоит в том, что при прохождении тока в цепи, состоящей из раз­личных проводников, в местах контактов в дополнение к джоулевой оплоте выделяется или поглощается (в зависимости от направления юка) некоторое количество тепла Q_n, пропорциональное прошедшему через контакт количеству электричества и коэффициенту Пельтье:

Q_n = П/Г, (1.57)

I де П - коэффициент Пельтье, зависящий от природы контактирующих материалов; /- сила тока; / - время.

Коэффициент Зеебека связан с коэффициентом Пельтье следующим соотношением:

« = -• (1-58)

т

26. Определение коэф-та теплопроводности абсолютным методом.

Теплопроводность часто используется для определения электрофизических параметров проводящих материалов. Теплопроводность материалов зависит от наличия в них примесей, дефектов, вида переносчиков теплоты (фононы, электроны и др.) и механизма их рассеяния. Поэтому измерение коэффициента теплопроводности позволяет не только оценивать параметры теплового режима, но и контролировать качество материала. Коэффициент теплопроводности א определяет количество теплоты, переносимой через единичное сечение при наличии нормального к сечению градиента температуры, численно равного 1 К/м. Поток теплоты Q через сечение S: Q=אS∆T/ ℓ, где ∆T – разность температур между двумя точками; ℓ – расстояние между точками.

В абсолютном методе используется непосредственно данное соотношение. При этом необходимо создать условия для задания определенного теплового потока в исследуемом материале и обеспечить достаточно точное измерение всех параметров, необходимых для вычислений. Типичная схема измерений, позволяющая выполнить эти требования на рис.

Образец 1 с нагревателем и датчиками, размещенный в вакуумируемом сосуде, зажат между металлическими блоками 2 и 3, изготовленными из материала с высокой теплопроводностью (Сu, Аg, Аl), в которые вставлены (зажаты в специальных вырезах) датчики температур 4 «холодной» и «горячей» сторон образца. В блок 3 вмонтирован электронагреватель 5, тепловая мощность которого рассчитывается по измеряемым во внешней цепи току и напряжению питания (Q=lU). Отсутствие газов в объеме обеспечивает отсутствие заметных потерь теплоты через боковые поверхности образца и блоков (не устраняемое при этом тепловое излучение остается основным источником погрешности, поэтому для его уменьшения иногда дополнительно устанавливают тепловые экраны). Для уменьшения погрешности измерения проводят на малом перепаде температур и используют образцы большого сечения и малой длины.

27. Определение коэф-та теплопроводности относительным методом.

Коэффициент теплопроводности Х определяет количество теплоты, переносимой через единичное сечение при наличии нормального к сечению градиента температуры, численно равного 1 К/м. Поток теплоты Q через сечение S:

Q =ХS(∆Т/l)

где ∆T- разность температур между двумя точками; l- расстояние между этими точками.

В относительном методе используется принцип сравнения: один и тот же тепловой поток проходит через образцы двух материалов, потери теплоты на боковых поверхностях вводят в расчет (в первом приближении они не влияют на результат измерений). Удаление воздуха не требуется, и точность измерений достаточно высока (хотя меньше, чем в абсолютном методе).

Схема измерений приведена на рисунке.

Столбик постоянного сечения собран из нагревателя Н, холодильника X и образцов I—III. Теплопроводность образцов I и III известна, а образца II измеряется. Элементы столбика разделяются металлическими блоками с высокой теплопровод­ностью, в местах стыков вмонтированы термопары 1-6. С помощью нагревателя и холодильника через столбик проходит поток теплоты.

Полагают, что потери теплоты через боковые поверхности в любом элементе столбика одинаковы. Поток теплоты через сечение столбика при продвижении от нагревателя к холодильнику падает приблизительно по линейному закону, а поток через слой II равен среднему значению потоков через слои I и III.

Значения потоков:

QI = ХоS(∆TI/l0), QII = ХS(∆TII/lII), QIII = ХоS(∆TIII/l0)

где Хо - теплопроводность слоев I и III; l₀ - толщина слоев I и III (пред­лагается одинаковой).Считая, что

Q_II = (Q_I + Q_III/2), получается X=(ХоlII/2l0)*(∆TI+∆TIII/∆TII),

а при lII = l0

X=Хо*(∆TI+∆TIII/2∆TII)

Для получения максимально возможной точности желательно выбирать эталон со значением Хо того же порядка, что и Х исследуемого образца.

Приведенный метод вследствие простоты измерительной установки является весьма распространенным. Следует отметить важность правильного расположения элементов установки: нагреватель - сверху, холодильник - снизу -для сведения к минимуму охлаждения боковых поверхностей за счет конвекционных потоков воздуха.