2. Законы Вольта

1. При соединении двух проводников из разных металлов между ними возникает контактная разность потенциалов, которая зависит от их химического состава и температуры.

2. Разность потенциалов между концами цепи, состоящей из последовательно соединённых металлических проводников, находящихся при одинаковой температуре, не зависит от химического состава промежуточных проводников; она равна контактной разности потенциалов, возникающей при непосредственном соединении крайних проводников.

U = U12 + U23 + U34 = φ1 – φ2 + φ2 – φ3 + φ3 – φ4 = φ1 – φ4 = φ14

Если цепочку 1-4 замкнуть, то U = 0, причем в замкнутой цепи из разных металлов нулю равна не только U_вн, но и сумма (∑U_i):

Если температуры спаев различны в замкнутой цепи, то контактные разности потенциалов

U1 ≠ U2. Причем U1 и U2 направлены навстречу друг другу, т.е. общая разность потенциалов, эквивалентная ЭДС цепи равна: Ет = U1 – U2, где Ет – термоЭДС

– удельная термоЭДС

Между тепловыми и электрическими процессами в металлах (а также в проводниках) существует определенная взаимосвязь, которая обуславливает ряд явлений:

а) Явление Зеебека (1821 г.)В замкнутой электрической цепи из разных металлов, возникает термоЭДС, если места контактов поддерживаются при разных температурах: Е = Е₀(Т₁ – Т₂). При малых температурах это уравнение хорошо согласуется с экспериментом. При больших ∆Т – Е изменяется сложным образом, вплоть до того, что меняет знак – инверсия термоЭДС.

Пары, имеющие инверсии: Fe – Mo; Fe – W; Fe – Ag; Fe – Cu (Тин ≈ 3000С)

б) Явление Пельтье.

Обратно явлению Зеебека. Связано с выделением или поглощением (в зависимости от направления тока) теплоты, избыточной над джоулевой и называется теплотой Пельте (Q_П).

Тепло выделяется (поглощается) в спае при прохождении в последнем тока. Явление обусловлено тем, что в разных проводниках значения – средней энергии зарядов, участвующих в образовании тока, не равны друг другу.

Если , то при переходе через спай А переносится больше энергии, чем требуется для термодинамического равновесия в (2) между носителями тока и узлами решетки. Поэтому, сталкиваясь с узлами и передавая им избыток энергии, вызывают нагревание проводника, причем в тонком слое (нагрев спая). Аналогично охлаждается спай В.

где П – коэффициент Пельте, зависит от рода проводников П ≈ 10^-2 ÷ 10^-3 В, П₁₂ = –П₂₁.

Применение: а) в холодильниках;

б) в термостатах;

в) в установках – микроклимат

в) Явление Томсона.

Явлением Томсона называется выделение (или поглощение) тепла, избыточного над джоулевым, при прохождении постоянного тока по неравномерно нагретому проводнику.

,

где k_т – коэффициент Томсона, зависит от материала проводника.

Явление связано с тем, что в более нагретой части проводника носителей тока больше, чем в менее нагретой. Если носители перемещаются из более нагретой области, то они отдают избыток энергии кристаллической решетке проводника, т.е. теплота Томсона Q_T – выделяется, т.е. dQ_T> 0.