Термоэлектрические явления

К важнейшим термоэлектрическим явлениям относятся тер­моэлектрический эффект (явление Зеебека) и эффект Пельтье. Рассмотрим их.

Термоэлектрический эффект был обнаружен в 1821 году не­мецким физиком Зеебеком. Рассмотрим замкнутую цепь, соста­вленную из двух разнородных металлических проводников, на­ходящихся в тесном контакте (рис. 5). Температуры контактов (спаев) а и b будем поддерживать различными (Т_а > Т_b). При этом в цепи возникает разность потенциалов, а следовательно, электрический ток.

Термоэлектрический эффект заключается в возникнове­нии электродвижущей силы в замкнутой электрической цепи, составленной из последовательно соединенных разнородных про­водников, если места их контакта поддерживаются при разных температурах.

Получающуюся ЭДС назвали термоЭДС, а соответствую­щий ток в цепи — термотоком.

Получим выражение для термоЭДС. Так как Т_a > Т_ь, то U_a > U_b (см. формулу (4)). Известно, что ЭДС равна сумме падений напряжений в цепи; тогда ε = U_a + U_b, используем формулу (4)

где коэффициент а = (к/е)lп(n₁/ n₂) является практически посто­янной величиной для данной пары металлов (если пренебречь зависимостью концентраций от температуры).

Замкнутая цепь проводников, создающая ток за счет раз­личия температуры контактов между проводниками, называется термопарой. Термопары обычно изготовляют из двух проволок, концы которых сварены или спаяны между собой (рис. 6). В цепь включают также электроизмерительный прибор, чаще всего — гальванометр.

Из формулы (5) видно, что термоЭДС прямо пропорциональ­на разности температур между спаями термопары. Однако эта зависимость соблюдается далеко не всегда и не во всем интер­вале температур. Поэтому для практических целей подбирают такую пару металлов термопары, чтобы в нужном интервале тем­ператур зависимость ε от ∆T была прямопропорциональной.

Возможно применение термопар в качестве источников то­ка, однако, металлические термопары дают малые значения термоЭДС (несколько милливольт на 100 К), к.п.д. их составляет около 0,1%. Для получения источников тока практичнее полу­проводниковые термопары. А металлические термопары чаще всего используют для измерения температуры. Особенно удоб­ны термоэлектрические термометры для измерения очень высо­ких и низких температур и для измерения температуры в местах, недоступных для обычного измерения.

Эффект Пельтье был открыт в 1834 г. Он заключается в том, что при протекании тока через замкнутую цепь, составленную из

разнородных металлов (рис. 7), в одном спае происходит выделе­ние тепла, а в другом — его поглощение. Таким образом, явление Пельтье обратно термоэлектрическому эффекту. Из опыта уста­новлено, что количество теплоты пропорционально силе тока и времени прохождения тока через спаи

где П₁₂ — коэффициент Пельтье. На одном спае коэффициент П₁₂ положителен, там тепло выделяется (П₁₂ > 0, Q > 0), а на другом П₂₁ < 0, Q < 0 — тепло поглощается.

Явление Пельтье может быть использовано для создания электрохолодильных устройств.

Лекция № 26