Контакт двух проводников и термоэлектрические
Явления
Электроны в металле не могут самопроизвольно покинуть объем кристалла, т.е. находятся в потенциальной яме. Для выхода электрона из этой ямы необходимо затратить энергию, равную работе выхода А (рис.12.1, а). При соприкосновении двух металлов с разными работами выхода А1 и А2, электроны с более высоких уровней металла 1 будут переходить на более низкие уровни металла 2. В итоге металл 1 зарядится положительно, а металл 2 – отрицательно. Описанный процесс будет происходить до установления равновесия, которое характеризуется выравниванием уровней Ферми в обоих металлах (рис.12.1, б). Потенциальная энергия электронов, лежащих вне металлов в непосредственной близости к их поверхности (точки А и В), будет различной, т.е. между точками А и В устанавливается внешняя контактная разность потенциалов, которая равна
, (12.1)
где e – заряд электрона. Экспериментально установлены два закона:
1. Контактная разность потенциалов зависит лишь от химического состава и температуры соприкасающихся металлов.
2. Контактная разность потенциалов последовательно соединенных различных проводников, находящихся при одинаковой температуре, определяется только крайними проводниками.
В двойном электрическом слое (толщиной ~10–10 м) в приконтактной области наблюдается также внутренняя контактная разность потенциалов, которая равна
|
|
|
. (12.2)
Зависимость внутренней контактной разности потенциалов от температуры обусловливает появление термоэлектрических эффектов.
1. Эффект Зеебека. В проводнике, изготовленном из металла А, при наличии разности температур на его концах возникает разность потенциалов. Ее значение, отнесенное к этой разности температур, называют абсолютной удельной термоЭДС 
. В замкнутой цепи, состоящей из последовательно соединенных нескольких различных проводников, если температура контактов не одинакова, возникает электрический ток, называемый термоэлектрическим. ЭДС, вызывающая появление тока, для многих пар металлов приблизительно прямо пропорциональна разности температур Тг и Тх горячего и холодного спаев соответственно:
(Тг – Тх), (12.3)
где коэффициент пропорциональности 
называют относительной дифференциальной, или удельной термоЭДС. Оценить значение можно по формуле
, (12.4)
где k-постоянная Больцмана, e-заряд электрона, n1 и n2-концентрации электронов в первом и втором металлах соответственно. Можно доказать, что в термопарном контуре удельная термоЭДС представляет собой разность абсолютных термоЭДС 
и 
– проводников А и В, составляющих контур:
|
|
|
. (12.5)
2. Эффект Пельтье. При прохождении через контакт двух различных проводников (или полупроводников) электрического тока помимо теплоты Джоуля – Ленца выделяется или поглощается (в зависимости от направления тока) дополнительная теплота – эффект Пельтье (обратен эффекту Зеебека). Количество выделившегося (поглощенного) в спае тепла пропорционально заряду q, прошедшему через спай:
, (12.6)
где 
– коэффициент Пельтье (последовательность АВ указывает направление тока); I – сила тока; t – время его пропускания. Из законов термодинамики вытекает, что коэффициент Пельтье и удельная термоэдс связаны соотношением
. (12.7)
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 377; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!