10.11. 4. Термоелектрорушійна сила

У 1821 році Зеебек виявив, що у замкненому колі з двох різнорідних провідників, контакти яких знаходяться при різних температурах (див.Мал.104), виникає електрорушійна сила, яку назвали термоелектрорушійною  ТЕРС. Основними процесами, що створюють ТЕРС , є такі:

а). Дифузія електронів. В околиці контакту з більшою (меншою) температурою виникають електрони з енергіями більшими (меншими) ніж енергія Фермі. Це створює градієнт (нерівномірність у просторі) концентрації і потік гарячих електронів у напрямку холодного контакту (потік холодних електронів у напрямку гарячого контакту).

б). Зміна рівнів Фермів залежності від температури. Внутрішня контактна різниця потенціалів, що визначається рівнями Фермі й температурою, різна у гарячого й холодного контактів і їх різниця дає відповідний вклад у ТЕРС.

в). Утягування електронів потоком фононів. Теплові коливання вузлів кристалічної решітки створюють у кристалі стоячі хвилі з верхньою границею дискретного спектра частот _мах. Енергія кожного коливання частоти  може мати енергію Е=(n+0.5)h, що дозволяє ввести поняття кванта акустичних коливаньh, якому відповідає деяка квазічастинка. Цю квазічастинку назвали фононом. За допомогою фононів описуються властивості теплових коливань кристалічної решітки. Коливання кристалічної решітки більш інтенсивні біля гарячого контакту, що створює потік фононів у напрямку холодного контакту. Останні, взаємодіючи з електронами, надають їм відповідного імпульсу направленого руху. Відбувається накопичення електронів біля холодного і збіднення їх біля гарячого контакту.

Таким чином створюється стороннє силове поле не електричного походження. Воно направлено назустріч градієнту температури , тобто від гарячого до холодного контакту.

Такого ж роду процеси відбуваються у замкненому колі з n  та р-напівпровідників. У першому випадку напруженість силового поля направлена, як і у випадку металів, по градієнту поля, а у другому випадку  у протилежному напрямку.

Розрахунки показують, що величина термоелектрорушійної сили у замкненому колі визначається різницями потенціалів на контактах 1 та 2. Ця підстановка дає такі результати

,

де

.

Величина називається коефіцієнтом термоелектрорушійної сили, характерної для кожної з пар металів.

10.11. 5. Електронна емісія

Випускання електронів твердими тілами чи рідинами називається електронною емісією, а самі тіла  емітерами. В залежності від механізму передачі енергії електронам, для виконання роботи виходу розрізнюють наступні види електронної емісії:

• термоелектронна емісія  випуск електронів нагрітими тілами;

• фотоелектронна емісія (зовнішній фотоефект)  випуск електронів під дією електромагнітного випромінювання;

• повторна емісія  випуск повторних електронів після бомбардування емітера первинними електронами;

• іонно-електронна емісія  випуск електронів як наслідок бомбардування емітера іонами;

• автоелектронна емісія  випуск електронів провідниками під дією сильного електричного поля при поверхні емітера.

Дослідження термоелектронної емісії проводиться на прикладі вивчення вольт-амперної характеристики двох електродної електронної лампи (див.Мал.105). Ця лампа являє собою балон із викачаним із нього повітрям й увареними в її корпус двох електродів-катода у вигляді прямої спіралі з провідника й анода у вигляді циліндра, віссю якого є катод. Повітряний вакуум забезпечує довжину вільного пробігу електрона більшою ніж відстань від катода до анода. З метою зменшення роботи виходу електронів за поверхню катода, при не дуже високих температурах, його вкривають барій-торієвим із різними домішками покриттям.