Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ответы физика.docx
Скачиваний:
18
Добавлен:
01.12.2018
Размер:
112.97 Кб
Скачать
  • 5. Физико-материаловедческий базис гальваномагнитных, термомагнитных и термоэлектрических компонентов.

Влияние магнитного поля на электрические и термоэлектрические свойства: эффекты Холла, Нернста

Эффект Нернста — Эттингсгаузена, или поперечный эффект Нернста — Эттингсгаузена — термомагнитный эффект, наблюдаемый при помещении полупроводника, в котором имеется градиент температуры, в магнитное поле.

Суть эффекта состоит в том, что в полупроводнике появляется электрическое поле , перпендикулярное к вектору градиента температур  и вектору магнитной индукции , то есть в направлении вектора . Если градиент температуры направлен вдоль оси X, а магнитная индукция — вдоль Z, то электрическое поле параллельно вдоль оси Y. Поэтому между точками a и b (см. рис.) возникает разность электрических потенциалов u. Величину напряжённости электрического поля Ey можно выразить формулой:

где  — так называемая постоянная Нернста — Эттингсгаузена, которая зависит от свойств полупроводника и принимать как положительные, так и отрицательные значения. Например, в германии с удельным сопротивлением ~ 1 Ом*см при комнатной температуре, при B∼103 Гс и dT /dx∼102 К/см наблюдается электрическое поле Ey∼10 − 2 В/см. Значение постоянной , а следовательно и Ey, сильно зависят от температуры образца и от магнитного поля и при изменении этих величин могут даже изменять знак.

Поперечный эффект Нернста — Эттингсгаузена возникает по той же причине, что и эффект Холла, то есть в результате отклонения потока заряженных частиц силой Лоренца. Различие, однако, заключается в том, что при эффекте Холла направленный поток частиц возникает в результате их дрейфа в электрическом поле, а в данном случае — в результате диффузии.

Существенным отличием является также тот факт, что, в отличие от постоянной Холла, знак  не зависит от знака носителей заряда. Действительно, при дрейфе в электрическом поле изменение знака заряда приводит к изменению направления дрейфа, что и даёт изменение знака поля Холла. В данном же случае поток диффузии всегда направлен от нагретого конца образца к холодному, независимо от знака заряда частиц. Поэтому направления силы Лоренца для положительных и отрицательных частиц взаимно противоположны, однако направление потоков электрического заряда в обоих случаях одно и то же.

Категория: 

  • Гальваномагнитные эффекты

, Риги-Ледюка

Эффект Риги — Ледюка — термомагнитный эффект, состоящий в том, что при помещении проводника с градиентом температур в постоянное магнитное поле, перпендикулярное тепловому потоку, возникает вторичная разность температур, перпендикулярная магнитному полю и тепловому потоку.

Эффект Риги — Ледюка, как и другие термомагнитные явления, обусловлен тем, что траектории носителей заряда в магнитном поле искривляются под действием силы Лоренца. Диффундирующие носители заряда переносят с собой теплоту (теплопроводность). В отсутствии магнитного поля поток теплоты направлен от горячего конца образца к холодному. При включении магнитного поля поток диффузии отклоняется силой Лоренца на некоторый угол, и возникает поперечный градиент температуры.

Количественной характеристикой эффекта служит постоянная Риги — Ледюка S, характеризующая свойства данного вещества. При этом:

.

Согласно простейшим представлениям,

S = eτ / m * c,

где τ — время свободного пробега носителей, e — их зарядm *  — эффективная масса.

Так как направление силы Лоренца при данном направлении диффузии зависит от знака носителей заряда, то знак S будет различным для носителей разного знака. Для электронов S > 0, для дырок S < 0.

Существует приближенное соотношение между S и постоянной Холла R:

S = σR,

где σ — удельная электропроводность.

Открыт эффект почти одновременно в 1887 году итальянским физиком А. Риги (A. Righi) и французским физиком С. Ледюком (S. Leduc).

  • Эффект Риги — Ледюка — статья из Большой советской энциклопедии

, Эттинсгаузена

Эффект Эттингсгаузена — эффект возникновения градиента температур в находящемся в магнитном поле проводнике, через который течет ток. Если ток течет вдоль оси x, а магнитное поле направлено вдоль y, то градиент температур будет возникать вдоль z.

Краткое объяснение эффекта заключается в следующем. В среднем действие силы Лоренца и поля Холла компенсируют друг друга, однако, вследствие разброса скоростей носителей заряда, отклонение «более горячих» и «более холодных» происходит по-разному — они отклоняются к противоположным граням проводника.

Электроны, сталкиваясь с решёткой, приходят с ней в термодинамическое равновесие. Если они при этом отдают энергию, то проводник нагревается; если они отбирают энергию у решетки, то проводник охлаждается, в результате чего возникает градиент температуры в направлении, перпендикулярном полю B и току j.

Характеристикой данного эффекта служит коэффициент Эттингсгаузена AE:

.

Эффект Эттингсгаузена может быть только адиабатическим.

Поскольку поле Холла зависит от скорости движения носителей зарядов, то в полупроводниках эффект сильнее на несколько порядков, чем в металлах.

Значительной величины достигает эффект, когда вместо поля Холла используется сила Лоренца в переменном магнитном поле (сведений очень мало).

Категория

  • Гальваномагнитные эффекты

, магнитосопротивление, датчики Холла.

Термоэлектрические явления: термоэлектродвижущая сила Между двумя различными металлическими проводниками в месте их соединения возникает контактная разность потенциалов, обусловленная различием работы выхода электронов из разных металлов, неодинаковой концентрацией электронов и давлением электронного газа (рис. 10.4).

Уровень вакуума — это энергетический уровень, соответствующий состоянию покоя электрона вне металла.

Уровень Ферми — это верхний энергетический уровень металла, занятый электронами при температуре, равной 0 К.

Работа выхода А электрона из металла — это работа, которую нужно совершить для перехода электрона от уровня Ферми до уровня вакуума. Работа выхода — это работа по преодолению потенциального барьера на границе металл—вакуум.

 

Рис. 10.4.  Термоэлемент из двух различных проводников, образующих замкнутую цепь

Разность потенциалов U, появляющаяся на концах разомкнутой электрической цепи, состоящей из двух различных проводников, контакты которых находятся при различных температурах (Т1 и Т2) называется термоэлектродвижущей силой (эффект Зеебека)

U = т Т2 - Т1 )

(10.10)

где т– относительная дифференциальная (удельная) термо - э.д.с.

Причины возникновения термо - э.д.с.:

      температурная зависимость контактной разности потенциалов;

      диффузия носителей заряда от горячих спаев к холодным;

      увлечение электронов фононами (квантами тепловой энергии).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]