б). Явление Пельтье

Выделяемая или поглощаемая теплота в спае разнородных металлов при прохождении тока, избыточная над джоулевой теплотой, называтся теплотой Пельтье. Согласно Пельтье (1854 г.)

Q_п = П₁₂It, (6)

где П₁₂ - коэффициент Пельтье.

С другой стороны,

П₁₂ = П₁ - П₂ = - a₁₂Т, (7)

В отличие от джоулевой теплоты (Q_Д ~ I²) и всегда выделяемой в проводнике при прохождении тока теплота Пельтье Q_п ~ I, а ее знак зависит от направления тока в спае.

Если ток в спае течет из проводника с большим коэффициентом Пельтье П₁ в проводник с меньшим П₂ (П₁ > П₂) и П₁₂ > 0, то теплота Пельтье выделяется в спае.

В случае противоположного направления тока через спай теплота Пельтье поглощается в спае, что находится в согласии со вторым началом

Рис. 6

термодинамики.

Для поддержания постоянного термотока необходимо к горячему спаю непрерывно подводить теплоту, а от холодного спая - отводить теплоту.

Для количественного исследования явления Пельтье ученый Леру использовал установку, схема которой приведена на рис. 6, где к концам висмутовой проволоки АВ припаяны медные провода и спаи опущены в два калориметра.

Пропуская через спаи один и тот же ток, Леру измерял тепло, выделяемое в каждом калориметре, за одно и то же время.

Явление Пельтье в полупроводниках используют для создания экономичных холодильных установок.

В) Явление Томсона

Выделение или поглощение теплоты, избыточной над джоулевой, при прохождении тока по первоначально нагретому однородному проводнику (полупроводнику) называют теплотой Томсона.

, (1.73)

где t - коэффициент Томсона.

С точки зрения электронной теории явление Томсона объясняется следующим образом.

Рассмотрим полупроводник с электронной проводимостью.

В полупроводнике при Т₁ > T₂, градиент температуры направлен от точки 2 к точке 1 (рис. 7, а).

Из-за диффузии концентрация электронов в точке 1 становится меньше, чем в точке 2.

В результате этого возникает электрическое поле, направленное от 1 к 2.

Если по n - полупроводнику течет ток в направлении gradT (рис. 7, а), то электроны перемещаются в направлении, в котором их движение замедляется электрическим полем, в результате этого участок 1-2 станет охлаждаться.

Рис. 7

Если же ток течет в обратном направлении, то произойдет нагревание участка 1-2.

В дырочном полупро-воднике явления будут протекать в обратном направлении (рис. 7, б).

Направление тока и переноса теплоты противоположны.

Эффект Томсона считается положительным, если электрический ток, текущий в направлении градиента температуры, вызывает нагревание полупроводник, и - отрицательным, если при том же направлении тока происходит охлаждение полупроводника.