2.11.1. Эффект Зеебека
Входы: температура.
Выходы: ЭДС.
Графическая иллюстрация:
Рис. 2.54. Возникновение ЭДС в электрической цепи
Сущность: Эффект Зеебека — явление возникновения ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. Эффект Зеебека также иногда называют просто термоэлектрическим эффектом.
Математическое описание:
, где
– ЭДС в электрической цепи
-
удельная термоэдс
-
разность температур между спаями.
Применение эффекта:
Эффект находит свое применение в датчиках температуры – термопарах.
А.с. 278162: Устройство для измерения скорости испарения, содержащее источник питания, датчик и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью упрощения и удешевления устройства, в нем датчик выполнен в виде термопары с четырьмя попарно одинаковыми термоэлектродами из тугоплавких металлов со спаем, расположенным в виде осаждения испаряемого вещества.
2.11.2. Эффект Пельтье
Входы: электрический ток.
Выходы: количество теплоты, температура.
Графическая иллюстрация:
Рис.2.55. Схема действия эффекта Пельтье
Сущность:
При протекании постоянного электрического тока в цепи, состоящей из разнородных проводников, в местах контактов (спаях) проводников поглощается или выделяется, в зависимости от направления тока, тепло. Тепло Пельтье, выделенное или поглощенное в слое, пропорционально полному заряду, прошедшему через спай, или произведению силы тока на время. Коэффициент Пельтье зависит от рода соприкасающихся проводников и от их температуры. Наиболее сильно эффект Пельтье проявляется на контактах полупроводников с различным типом проводимости (p- или n-) (рис. 2.55). Объяснение эффекта Пельтье заключается во взаимодействии электронов проводимости, замедлившихся или ускорившихся в контактном потенциале p-n перехода, с тепловыми колебаниями атомов в массиве полупроводника. В результате, в зависимости от направления движения электронов и, соответственно, тока, происходит нагрев (Th) или охлаждение (Tc) участка полупроводника, непосредственно примыкающего к спаю (p-n или n-p переходу).
Математическое описание:
Qп=Пq=П I t ,
Qп – тепло Пельте [Дж],
q – заряд, прошедший через контакт [Кл],
I- ток в проводнике [A],
П – коэффициент Пельтье,
t – время [с].
Тепло Пельтье меняет знак при перемене направления тока.
Пределы изменений параметров:
П1=10-2..10-3 В – металлы , I – до нескольких ампер
П2= до 1 В – полупроводники, Q – от 0 до 50 Дж (за 1 сек).
Коэффициент Пельтье может быть выражен через коэффициент Томпсона:
П = τ · T ,
τ - коэффициент Томпсона,
T - абсолютная температура [K].
Применение:
Основные направления практического использования эффекта Пельтье в полупроводниках: получение холода для создания термоэлектрических охлаждающих устройств, подогрев для целей отопления, термостатирование, управление процессом кристаллизации в условиях постоянной температуры.
Патент США № 3757I5I: Для увеличения отношения сигнал шум фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) предлагается способ охлаждения фотокатодов термоэлектрическими элементами, расположенными внутри вакуумной оболочки ФЭУ.
Заявка ФРГ №1297У02: Устройство для отбора газа, в котором отвод конденсата составляет одно целое с холодильником. На внутренней стороне полого конуса закреплены холодные спаи элементов Пельтье и от него ответвляется трубопровод для отбора измерительного газа. Холодильник отличается тем, что в качестве генератора тока, потребляемого элементами Пельтье, предусмотрена батарея термоэлементов, горячие спаи которых находятся в канале дымовых газов, а холодные спаи - во внешнем пространстве.