- •Розділ 2. Електричні властивості (8 год.)
- •2.2. Електропровідність металів
- •2.3. Залежність електричного опору металів від температури і тиску
- •2.4. Надпровідність
- •Термоелектричні явища
- •2.5.2. Ефект Пельтьє
- •2.5.3. Томсон-ефект
- •2.5.5. Ефект Шубникова - де Хааза
- •2.5.6. Скін-ефект
- •Гальваномагнітні явища
- •2.5.4. Електричний опір металів у магнітному полі (магнетоопір)
- •Термомагнітні явища
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.
