Термоелектричні явища

2.5.1. Ефект Зеебека

При різних температурах спаїв замкнутого електричного кола, що складається з різнорідних металів (А та В), у даному колі виникає термоЕРС (ефект Зеебека), значення якої визначається різницею температур і природою металів, що утворюють електричне коло. За значенням термоЕРС знаходять температуру в місці спаю. Для незначного діапазону температур термоЕРС виражається залежністю . Коефіцієнт термоЕРС (у даній формулі ) залежить від природи металів, що складають коло, і температури.

Величини термоЕРС, які визначаються експериментально, є характеристиками пари металів. Частіше усього другим (В) металом пари служить свинець, платина, срібло або мідь.

З виразу

,

де і - коефіцієнти Томсона провідників, що утворюють пару, розраховуються абсолютні значення коефіцієнтів термоЕРС окремих металів і

Абсолютне значення термоЕРС одного з металів пари можна визначити експериментально, вибравши за другий елемент пари надпровідник, для якого q = 0.

2.5.2. Ефект Пельтьє

Ефект Пельтьє є оберненим до ефекту Зеебека, тобто поперечна різниця потенціалів породжує різницю температур на спаях контуру з різнорідних провідників. В результаті проходження струму через даний контур разом із джоулівським теплом виділяється або поглинається (в залежності від напрямку струму) певна кількість теплоти , де П - коефіцієнт, або теплота Пельтьє. Він залежить від природи металів, що утворюють пари, зв'язаний із коефіцієнтом термоЕРС виразом і підкоряється тим же закономірностям, що й коефіцієнт термоЕРС. У зв'язку з цим коефіцієнт Пельтьє комбінації двох металів А та В може бути отриманим із двох пружних комбінації металів ВС і АС: , де і - коефіцієнт Пельтьє для пар металів В, С та А, С, відповідно.

2.5.3. Томсон-ефект

На відміну від ефектів Зеебека і Пельтьє ефект Томсона виявляється не в парі, а в одному металі, де ділянки з різними температурами виступають як різнорідні матеріали. Якщо в провіднику, між кінцями якого підтримується деяка різниця температур , протікає певна кількість електрики It, то між цими кінцями (в залежності від напрямку струму) буде виділятися або поглинатися теплота , де - коефіцієнт, або теплота Томсона. Коефіцієнт термоЕРС пари провідників зв'язаний з їхніми коефіцієнтами Томсона співвідношенням

.

При співпаданні напрямків потоку тепла з напрямком струму коефіцієнт Томсона має позитивний знак.

Термоелектричні параметри зв'язані між собою і з термодинамічними характеристиками. Так, термоЕРС визначається виразом

коефіцієнт термоЕРС – виразом

,

абсолютний термоелектричний потенціал - формулою П = qt, коефіцієнт Томсона – співвідношенням

.

Відповідно з виразу термоЕРС ентропія записується у вигляді , коефіцієнт Пельтьє, що являє собою внутрішню енергію, - у вигляді П = qT = - ST, коефіцієнт Томсона – у вигляді , де - теплоємність носіїв струму, їхня ентальпія – у вигляді , а термоЕРС – у вигляді , де - зміна термодинамічного потенціалу. Знак термоЕРС визначається знаком носіїв струму.