А). Явление Зеебека
Согласно закону последовательных контактов в замкнутой цепи их нескольких металлов (полупроводников) ток в цепи отсутствует, если все тела находятся при одинаковой температуре. Однако, если в местах контакта температуры разные, то появляется термоэлектрический ток (Зеебек, 1821 г.). Возникновение термоЭДС ( 
т) в замкнутой электрической цепи, составленной из последовательно соединенных разных металлов, если места спая (контакта) находятся при различных температурах, называют явлением Зеебека
| Рис. 4 |
т = 
, (3)
где a - удельная термоЭДС.
Простейшая электрическая цепь (рис. 4) представляет собой термоэлемент (термопару). Если Та и Тb - температуры спаев а и b, то
т = 
, (4)
где a12 = a2 - a1.
| Рис. 5 |
При Тb > Та, т > 0, то a12 > 0 (ток течет по часовой стрелке).
При Тb > Та, т < 0, то a12 < 0 (ток течет против часовой стрелки).
Возбуждение термоэлектрического тока можно наблюдать на опыте, схема которого приведена на рис. 5, где к пластинке из сурьмы Sb припаяна медная Cu пластинка. Между ними помещается магнитная стрелка NS. Если один из спаев нагреть, то появится ток, и магнитная стрелка отклонится. По направлению отклонения магнитной стрелки можно судить о направлении тока в цепи. Оказывается, что через нагретый спай ток течет от меди к сурьме. Если охладить тот же спай, то направление тока меняется на противоположное. Явление Зеебека обусловлено следующими причинами:
1. Преимущественной диффузией носитлей тока в металлах (полупроводниках) от нагретого конца к холодному (a0 - объемная составляющая термоЭДС);
2. Зависимостью контактной разности потенциалов от температуры, связанной с зависимостью химического потенциала (уровня Ферми) от температуры (aк - контактная составляющая термоЭДС);
3. Увлечением электронов фононами, преимущественно перемещая их в том же направлении (aф - фононная составляющая термоЭДС).
Следовательно, удельная термоЭДС
a = a0 + aк + aф. (5)
В металлах электронный газ - вырожден. Концентрация электронов велика и не зависит от температуры, а их распределение по скоростям теплового хаотического движения и энергиям мало зависит от температуры.
Поэтому значения удельной термоЭДС металлов составляет несколько единиц мкВ/град. В полупроводниках электронный газ - невырожден.
Значения термоЭДС для полупроводников составляет 102 - 103 мкВ/град из-за относительно малой концентрации носителей тока (по сравнению с металлами), которая зависит от температуры. Эффект Зеебека наблюдается и в сверхпроводниках. Под действием градиента температуры в сверхпроводниках появляется объемный ток нормальных возбуждений по природе такой же, как и в обычных проводниках. Этот ток (объемный ток куперовских пар электронов) компенсирует ток нормальных возбуждений, т. к. полный объемный ток равен нулю, а электрическое поле в сверхпроводнике отсутствует. Определить термоЭДС, связанную с нормальными возбуждениями в сверхпроводнике, можно, измеряя сверхпроводящую компоненту тока.Явление Зеебека используют для измерения температур (термогенераторы, термопары и т. д.).
Дата добавления: 2016-02-09; просмотров: 1282;