3. Термоэлектрические явления.

Если температуры контактов не одинаковы, то в цепи возникает ток, называемый термоэлектрическим.

1). Явление Зеебека.

Немецкий физик Зеебек заметил, что в замкнутой цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми имеют различную температуру, возникает электрический ток.

Термоэдс возникающая в цепи пропорциональна разности температур

(4)

Если температуры контактов разные, то разными будут и внутренние контактные разности потенциалов. Для поддержания тока необходимо поддерживать постоянно разность температур контактов.

Явление Зеебека используется для измерения температуры. Для этого применяются термопары.

2). Явление Пельтье (1834г.)

Французский физик Пельтье обнаружил, что при прохождении тока через контакт двух различных проводников в зависимости от его направления помимо джоулевой теплоты выделяется или поглощается дополнительная теплота. Явление Пельтье является обратным явлению Зеебека. Ток пропустим в том же направлении, как в термопарах.

Контакт А будет охлаждаться, а В – нагреваться. Контакт А, который при явлении Зеебека нагревался, теперь охлаждается. При изменении направления тока все получается наоборот. Благодаря контактным разностям потенциалов в контактах А и В создаются контактные электрические поля с напряженностью Е (сплошные стрелки). Направление движения электронов (пунктирные стрелки) при заданном направлении тока в слое А совпадает с направлением поля, в контакте В – обратно полю. Следовательно, в спае В контактное поле ускоряет электроны, увеличивая их энергию, которую они отдают решетке и спай В нагревается. В спае А электроны тормозятся полем и будут отбирать энергию от решетки. Эффект Пельтье используется в термоэлектрических холодильниках, созданных в 1954 г. Иоффе.

3). Явление Томсона (1856 г.).

Томсон заметил, что при прохождении тока по неравномерно нагретому проводнику выделяется или поглощается тепло, аналогично эффекту Пельтье. В более нагретой части проводника электроны имеют большую энергию и двигаясь в направлении убывания температуры они отдают часть своей энергии решетке. Если они движутся в сторону возрастания температуры, то восполняют свою энергию за счет энергии решетки.

4. Элементы зонной теории проводимости. Возникновение энергетических зон.

Рассмотрим процесс образования твердого тела из отдельных атомов. Пока они

	изолированы, они имеют одинаковую схему энергетических уровней (см. рис.1а). По мере сжатия атомов до кристаллической решетки, то есть когда расстояния между атомами станут равными межатомным расстояниям в твердых телах, взаимодействия между атомами приводит к тому, что энергетические уровни смещаются, расщепляются и расширяются в зоны (см. рис.1б). Образуется зонный энергетический
Рис.1.

спектр. Из рис.1 видно, что заметно расщепляются и расширяются лишь уровни внешних, валентных электронов, наиболее слабо связанных с ядрами и имеющих наибольшую энергию, а также более высокие уровни, которые в основном состоянии атома вообще незаняты. Уровни же внутренних электронов либо совсем не расщепляются, либо расщепляются слабо.

Энергия внешних электронов может принимать значения в пределах заштрихованных участков на рис.1. , называемых разрешенными энергетическими зонами. Каждая разрешенная энергетическая зона вмещает столько близлежащих дискретных уровней, сколько атомов содержит кристалл: чем больше в кристаллах атомов, тем теснее расположены уровни в зоне.

Расстояния между соседними энергетическими уровнями в зоне составляет приблизительно 10^-22эВ. Так как оно столь ничтожно, то зоны можно считать практически непрерывными. Однако факт конечного числа уровней в зоне играет важную роль для распределения электронов по состояниям.

Разрешенные энергетические зоны разделены зонами запрещенных значений энергии, называемыми запрещенными энергетическими зонами. В запрещенных зонах электроны находиться не могут. Ширина зон ( разрешенных и запрещенных) не зависит от размера кристалла. Разрешенные зоны тем шире, чем слабее связь валентных электронов с ядрами.