1.2. Эффект Зеебека

Если два разных металла соединить с обоих концов, то получим замкнутую цепь, изображенную на рис. 4. Потоки электронов из металла А (с большей концентрацией) пойдут в металл Б. Металл А зарядится положительно, металл Б – отрицательно. На обоих контактах между металлами возникнет внутренняя КРП и. Если температуры контактов одинаковы, то потоки электронов через оба контакты будут одинаковыми, одинаковыми будут также и КРП на этих контактах. Но направления потоков электронов и знаки КРП будут противоположными на первом и втором контактах. Тогда суммарный поток электронов (ток) и сумма КРП (суммарная ЭДС*) будут равняться нулю.

Пусть теперь температуры контактов будут разными, например, температура верхнего контакта будет большей, (рис. 4). Упрощенно можно сказать, что на контакте с большей температурой скорость электронов будет большей и их поток в металл Б будет большим, чем на нижнем контакте. Тогда суммарный поток электронов и ток І в цепи будут отличными от нуля. Внутренние КРП на верхнем и нижнем контактах также будут разными, , а суммарная ЭДС в цепи будет равняться их разности:

6)

где

(7)

–коэффициент термо ЭДС или термосила. Термосила численно равняется термо ЭДС, которая возникает в цепи из двух разнородных проводников, если разность температур контактов равняется единице. Величина термосилы составляет порядка сотых милливольт на градус. Ее значение для нескольких пар металлов представлены в таблице 1.

Таким образом, эффект Зеебека состоит в возникновении ЭДС и тока в замкнутой цепи из двух разнородных проводников, если температуры контактов будут разными.

1.3. Применения эффекта Зеебека. Термопары

Эффект Зеебека используется при измерении очень высоких и очень низких температур в так называемых термопарах. Термопары представляют собой две проволоки из разных металлов, для которых известно значение термосилы (рис. 5). В месте контакта проволоки спаивают или сваривают. Один контакт помещают в среду с известной температурой , например в сосуд со льдом, который тает, а другой – в место, где надо измерить температуруТ. Термо ЭДС, которая возникает при этом, измеряют с помощью вольтметра V. Из формулы (6) вытекает, что эта ЭДС пропорциональна разности температур, . Поскольку термосилаи температураизвестны, то показания вольтметра дают нам значение температуры:

_{/. (8)}

Для термопары, сделанной из двух данных металлов, вольтметр V может быть проградуирован прямо в .

Термоэлектрический термометр (в основе которого лежит термопара) имеет ряд преимуществ перед другими измерителями температуры:

1. Термопары дают возможность измерять очень высокие (до ) и очень низкие (до) температуры.

2. Если вольтметр или потенциометр, с помощью которого измеряют термо ЭДС , будет довольно точным, то такой прибор позволяет измерять очень малые различия температур (до ).

3. В термопарах неэлектрический сигнал превращается в электрический, благодаря чему можно выполнять дистанционное и автоматизированное измерения температур.

4. Благодаря малым размерам спаев термопар температуру можно измерять в очень малых объектах (диаметры спаев могут быть до ).

5. Малая инерционность дает возможность применять термопары в процессах с быстрым изменением температуры.