Seebeck-efekti

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 29. huhtikuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 4 muokkausta .

Seebeck -ilmiö - ilmiö, jossa EMF esiintyy sarjaan kytkettyjen erilaisten johtimien päissä , joiden väliset koskettimet ovat eri lämpötiloissa .

Seebeck-ilmiötä kutsutaan joskus myös yksinkertaisesti lämpösähköiseksi efektiksi. Seebeckin efektille käänteistä vaikutusta kutsutaan Peltier-efektiksi .

Historia

Tämän vaikutuksen löysi vuonna 1821 T. I. Seebeck . Vuonna 1822 hän julkaisi kokeidensa tulokset artikkelissa "Kysymystä tiettyjen metallien ja malmien magneettisesta polarisaatiosta, joka syntyy lämpötilaeron olosuhteissa", joka julkaistiin Preussin tiedeakatemian raporteissa [1] .

Kuvaus

Seebeck-ilmiö on, että suljetussa piirissä, joka koostuu erilaisista johtimista, syntyy lämpö-emf, jos kosketuspisteet pidetään eri lämpötiloissa. Piiriä, joka koostuu vain kahdesta eri johtimesta, kutsutaan termopariksi tai termopariksi .

Tuloksena olevan lämpö-EMF:n suuruus ensimmäisessä approksimaatiossa riippuu vain johtimien materiaalista ja kylmän ( ) ja kuuman ( ) koskettimien lämpötiloista. $T_{1}$ $T_{2}$

Pienellä lämpötila-alueella termo-EMF :ää voidaan pitää verrannollisena lämpötilaeroon: $E$

E=\alpha _{12}(T_{2}-T_{1}),

missä on parin lämpösähköinen kapasiteetti (tai lämpö-EMF-kerroin).

\alpha _{12}

Yksinkertaisimmassa tapauksessa lämpö-EMF-kerroin määräytyy vain johtimien materiaalien mukaan, mutta yleensä se riippuu myös lämpötilasta ja joissain tapauksissa muuttaa etumerkkiä lämpötilan mukaan. $\alpha _{12}$

Oikeampi ilmaus termille thermo-emf:

{\mathcal {E}}=\int \limits _{T_{1}}^{T_{2}}\alpha _{12}(T)dT.

Termo-EMF:n arvo on muutama millivoltti 100 °C:ssa liitoskohtien lämpötilaerosta. Esimerkiksi kupari-konstantaanipari antaa 4,28 mV / 100 °C, kromi-alumeli - 4,1 mV / 100 °C [2] .

Selitys vaikutuksesta

Seebeck-ilmiön esiintyminen johtuu useista komponenteista.

Tilavuuspotentiaaliero

Jos johtimessa on lämpötilagradientti, niin kuumassa päässä olevat elektronit saavat suurempia energioita ja nopeuksia kuin kylmässä päässä; puolijohteissa tämän lisäksi johtavuuselektronien pitoisuus kasvaa lämpötilan myötä. Tuloksena on elektronien virta kuumasta päästä kylmään päähän. Negatiivinen varaus kerääntyy kylmään päähän , kun taas kompensoimaton positiivinen varaus jää kuumaan päähän. Varauksen kertymisprosessi jatkuu, kunnes tuloksena oleva potentiaaliero aiheuttaa elektronien virtauksen vastakkaiseen suuntaan, joka on yhtä suuri kuin ensisijainen, minkä ansiosta tasapaino muodostuu.

EMF, jonka esiintyminen kuvataan tällä mekanismilla, kutsutaan volyymi-EMF :ksi .

Kosketinpotentiaaliero

Kosketuspotentiaaliero johtuu kosketuksissa olevien eri johtimien Fermi-energioiden eroista. Kun kontakti luodaan , elektronien kemialliset potentiaalit muuttuvat samaksi ja kontaktipotentiaaliero syntyy:

U={\frac {F_{2}-F_{1}}{e)),

missä on Fermi-energia,

F

e

on elektronin varaus .

Koskettimessa on siis sähkökenttä, joka on lokalisoitu ohueen lähikontaktikerrokseen. Jos teet suljetun piirin kahdesta metallista, niin U näkyy molemmissa koskettimissa. Sähkökenttä suunnataan samalla tavalla molemmissa koskettimissa - suuremmasta F pienempään. Tämä tarkoittaa, että jos teet ohituksen suljettua silmukkaa pitkin, niin yhdessä kosketuksessa ohitus tapahtuu kenttää pitkin ja toisessa - kenttää vasten. Vektorin E kierto on siten nolla.

Jos yhden koskettimen lämpötila muuttuu dT , niin koska Fermi-energia riippuu lämpötilasta, myös U muuttuu. Mutta jos sisäinen kosketinpotentiaaliero on muuttunut, sähkökenttä yhdessä koskettimissa on muuttunut, ja siksi vektorin E kierto on nollasta poikkeava, eli suljetussa piirissä esiintyy EMF.

Tätä emf:ää kutsutaan yhteystieto-emf:ksi .

Jos lämpöelementin molemmat koskettimet ovat samassa lämpötilassa, sekä kontakti että bulkkitermo-EMF katoavat.

Phonon vedä

Jos kiinteässä aineessa on lämpötilagradientti, niin kuumasta päästä kylmään liikkuvien fononien määrä on suurempi kuin vastakkaiseen suuntaan. Törmäysten seurauksena elektronien kanssa fononit voivat vetää jälkimmäistä mukanaan ja negatiivinen varaus kerääntyy näytteen kylmään päähän (positiivinen varaus kuumaan päähän), kunnes tuloksena oleva potentiaaliero tasapainottaa vastusvaikutuksen.

Tämä potentiaaliero on termo-EMF:n kolmas komponentti, joka matalissa lämpötiloissa voi olla kymmeniä ja satoja kertoja suurempi kuin edellä tarkastelut.

Magnonin hulluus

Magneeteissa havaitaan ylimääräinen lämpö - EMF-komponentti, joka johtuu magnonien aiheuttamasta elektronivastusta .

Käyttö

Katso myös

Linkit

Video: Seebeck-efekti (termopari) // NRNU MEPhI:n virallinen kanava @Youtube (11.11.2015).
Akut ovat menneisyyttä: uusi materiaali tuottaa sähköä lämmöstä // Hi-Tech News @Mail.ru (marraskuu, 2019).

Muistiinpanot

↑ Lämpösähkö, Peltier-ilmiö, Seebeck-ilmiö (pääsemätön linkki)
↑ Kuhling H. Fysiikan käsikirja. - M .: Mir. - 1982. - S. 374-375.