Зеебека эффект

Зеебека эффект

Эффект Зеебека — явление возникновения ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах.

Эффект Зеебека также иногда называют просто термоэлектрическим эффектом.

Содержание

История

Данный эффект был открыт в 1821 Т. И. Зеебеком.

Описание

Как уже отмечалось, эффект Зеебека состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает ЭДС (термоэдс), если места контактов поддерживают при разных температурах. Цепь, которая состоит только из двух различных проводников называется термоэлементом или термопарой.

Величина возникающей термоэдс зависит только от материала проводников и температур горячего (T1) и холодного (T2) контактов.

В небольшом интервале температур термоэдс E можно считать пропорциональной разности температур:

E = α12(T2T1), где α12 — термоэлектрическая способность пары (или коэффициент термоэдс)

В простейшем случае коэффициент термоэдс определяется только материалами проводников, однако строго говоря, он зависит и от температуры и в некоторых случаях с изменением температуры α12 меняет знак.

Более корректное выражение для термоэдс:

\mathcal E = \int\limits_{T_1}^{T_2} \alpha_{12}(T)dT

Объяснение эффекта

Возникновение эффекта Зеебека вызвано несколькими составляющими.

Различная зависимость средней энергии электронов от температуры в различных веществах

Если вдоль проводника существует градиент температур, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном; в полупроводниках в дополнение к этому концентрация электронов проводимости растет с температурой. В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному и на холодном конце накапливается отрицательный заряд, а на горячем остаётся нескомпенсированный положительный заряд. Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет поток электронов в обратном направлении, равный первичному, благодаря чему установится равновесие.

ЭДС, возникновение которой описывается данным механизмом, называется объёмной ЭДС.

Различная зависимость от температуры контактной разности потенциалов

Контактная разность потенциалов вызвана отличием энергий Ферми у контактирующих различных проводников. При создании контакта уровни Ферми становятся одинаковыми, и возникает контактная разность потенциалов, равная

U = \frac{F_2-F_1}{e}, где F — энергия Ферми, eзаряд электрона.

На контакте тем самым существует электрическое поле, локализованное в тонком приконтактном слое. Если составить замкнутую цепь из двух металлов, то U возникает на обоих контактах. Электрическое поле будет направлено одинаковым образом в обоих контактах — от большего F к меньшему. Это значит, что если совершить обход по замкнутому контуру, то в одном контакте обход будет происходить по полю, а в другом — против поля. Циркуляция вектора Е тем самым будет равна нулю.

Если температура одного из контактов изменится на dT, то, поскольку энергия Ферми зависит от температуры, U также изменится. Но если изменилась внутренняя контактная разность потенциалов, то изменилось электрическое поле в одном из контактов, и поэтому циркуляция вектора Е будет отлична от нуля, то есть появляется ЭДС в замкнутой цепи.

Данная ЭДС называется контактная-эдс.

Если оба контакта термоэлемента находятся при одной и той же температуре, то и контактная, и объёмная термоэдс исчезают.

Фононное увлечение

Если в твёрдом теле существует градиент температуры, то число фононов, движущихся от горячего конца к холодному, будет больше, чем в обратном направлении. В результате столкновений с электронами фононы могут увлекать за собой последние и на холодном конце образца будет накапливаться отрицательный заряд (на горячем — положительный) до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не уравновесит эффект увлечения.

Эта разность потенциалов и представляет собой 3-ю составляющую термоэдс, которая при низких температурах может быть в десятки и сотни раз больше рассмотренных выше. В магнетиках наблюдается дополнительная составляющая термоэдс, обусловленная эффектом увлечения электронов магнонами.

Применяется для создания термодатчиков (например в компьютерах). Такие датчики миниатюрны и очень точны.

См. также



Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Поможем написать курсовую

Полезное


Смотреть что такое "Зеебека эффект" в других словарях:

  • ЗЕЕБЕКА ЭФФЕКТ — возникновение электродвижущей силы в электрич. цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между к рыми имеют разл. темп ру. Открыт в 1821 нем. физиком Т. И. Зеебеком (Th. J. Seebeck). (см. ТЕРМОЭДС).… …   Физическая энциклопедия

  • ЗЕЕБЕКА ЭФФЕКТ — возникновение электродвижущей силы (термоэлектродвижущая сила) в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разных проводников, контакты между которыми поддерживаются при разных температурах. На Зеебека эффекте основано действие …   Большой Энциклопедический словарь

  • Зеебека эффект — возникновение эдс (термоэдс) в электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разных проводников, контакты между которыми поддерживаются при разных температурах. На Зеебека эффекте основано действие термопары. Открыт Т. И. Зеебеком… …   Энциклопедический словарь

  • Зеебека эффект —         термоэлектрический эффект Зеебека, возникновение электродвижущей силы в электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. Открыт в 1821 Т. И …   Большая советская энциклопедия

  • ЗЕЕБЕКА ЭФФЕКТ — возникновение эдс (термоэдс) в электрич. цепи, состоящей из последовательно соединённых разных проводников, контакты между к рыми поддерживаются при разных темп pax. На З.э. основано действие термопары. Открыт Т. И. Зеебеком в 1821 …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Эффект Пельтье — Эффект Пельтье  термоэлектрическое явление, при котором происходит выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока в месте контакта (спая) двух разнородных проводников. Величина выделяемого тепла и его знак зависят от вида …   Википедия

  • эффект Зеебека — термоэлектрический эффект Зеебека; эффект Зеебека Возникновение электродвижущей силы в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников при различных температурах контактов. термоэлектрический эффект; эффект… …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • эффект Мессбауэра — [Mossbauer effect] резонансное поглощение γ квантов атомными ядрами, наблюдаемое, когда источник и поглотитель γ излучения твердое тело, а энергия квантов невелика ( 150 кэВ). Иногда эффект М. называют резонанс, поглощением без отдачи или ядерным …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • эффект Томсона — [Thomson effect] 1. Одно из термоэлектрических явлений, состоящее в том, что если вдоль проводника, по которому проходит электрический ток, существует перепад температур, то в дополнении к теплоте, выделяемой в соответствии с законом Джоуля Ленца …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • Эффект — [effect] 1. Результат, следствие каких либо причин, действий. 2. В естественных науках явление (закономерность), часто называют именем открывшего этот эффект ученого (например, эффект Холла, эффект Фарадея, эффект Томсона и т. п.): Смотри также:… …   Энциклопедический словарь по металлургии


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»