Seebeck együttható határozza meg a fizikai jellemzői a vezetékek alkotó hőelem: koncentrációja az energia-spektrum, a hordozó szórás mechanizmust, és a hőmérséklet-tartomány. Egyes esetekben a hőmérséklet változása bekövetkezik is változtatja a jele.
A hő- és villamos három oka van:
1) A hőmérséklet-függősége a Fermi szintet, így a megjelenése érintkező elem thermopower;
2) diffúziós töltéshordozók a forró végén a hideg meghatározására thermoelectromotive főrészt;
3) eljárás elektron húzva fonon, amely lehetővé teszi egy másik komponens - fonon.
Tekintsük először az okot. Annak ellenére, hogy a Fermi szintet a vezetőkön kissé függ a hőmérséklettől (degenerált elektron gáz), a megértéséhez ez a kapcsolat a termoelektromos hatás döntő fontosságú. Ha mindkét hőelem van ugyanazon a hőmérsékleten, a kapcsolati potenciális különbség egyenlő és ellentétes irányban, azaz akkor azok kioltják egymást. Ha a csomópont hőmérséklete eltér, akkor más lesz, és a belső kapcsolati potenciál különbség. Ez ahhoz vezet, hogy zavar az egyensúly és a megjelenése a villamos érintkező thermopower ():
ahol E F - Fermi energia;
k - a Boltzmann állandó;
e - az elektron töltése.
A szabad elektronok, hogy egy változás lineárisan hőmérsékleten.
A második ok okoz ömlesztett termoelektromos teljesítmény-komponens társított nem egyenletes hőmérséklet-eloszlást a vezetőben. Ha a hőmérséklet-gradiens állandó értéken tartjuk, akkor egy vezeték megy egyenletes hő áramlását. A fémek, a hőátadás elsősorban mozgás a vezetési elektronok. A diffúziós elektronok áramlása ellen a hőmérséklet-gradiens. Ennek eredményeként, az elektronsűrűség forró végénél csökken, és növeli a hideg. Belül a vezeték egy elektromos mező E ellen irányul T. hőmérséklet-gradiens, amely megakadályozza a további töltés szeparáció (ábra. 2).
A megjelenése termoelektromos erő egy homogén anyag miatt a térbeli heterogenitás hőmérséklet
Feszültség felmerül termoelektromos mező határozza meg egy hőmérséklet-gradiens mentén a mintában (E T = AH dT / dx), és a potenciális különbség (termikus EMF) - hőmérséklet-különbség (Dj T = aD T).
Így, egy egyensúlyi helyzetet egy hőmérséklet-gradiens mentén a minta létrehoz egy állandó potenciálkülönbség a végeiknél. Ez a diffúzió (vagy térfogat) komponens thermoelectromotive erő, ami által meghatározott hőmérsékletfüggése hordozó koncentrációjának és a mobilitás. Az elektromos mező keletkezik ebben az esetben a fém képernyőn, és nem a kapcsolatok magukat.
Abban az esetben pozitív töltéshordozók (lyukak) fűtött vége negatív töltésű, és pozitív hűvös, változását eredményező a jele a thermopower. Egy kevert vezetéktípustól a forró végén a hideg diffúz mind elektronok és lyukak, elindulna az elektromos mezők ellenkező irányban. Egyes esetekben ezek a mezők kioltják egymást, és nem potenciális különbség a végek nem merül fel. Ez a helyzet az élen.
A harmadik forrás thermopower - elektron húzó hatás fonon. Jelenlétében egy hőmérséklet-gradiens lép fel mentén a vezeték sodródás fonon irányított a forró végén a hideg. Szembesülve elektronok, fonon tájékoztassa őket irányuló mozgás, húzza őket végig. Ennek eredményeként közel hideg végén a minta fog felhalmozódni a negatív töltés (a meleg és - pozitív) mindaddig, amíg a potenciál különbség keletkezett kiegyensúlyozza a húzás hatása. Ez a potenciális különbség jelent további komponenst thermopower hozzájárulás alacsony hőmérsékleten válik meghatározó.
Szigorú termoelektromos teljesítmény a kinetikus egyenlet meglehetősen bonyolult. Általában, az oka minden termoelektromos jelenségek - sérti a termikus egyensúly a folyamba (azaz, különbség az átlagos elektron energia áramot annak értékét a Fermi szinten). A legáltalánosabb kifejezése az együttható thermoelectromotive fémek (azaz, egy erősen degenerált elektron gáz):
Feltételezve, hogy a függőség a vezetőképesség fém (ek) az energia (E) elég gyenge ahhoz, hogy megkapjuk a képlet a szabad elektronok:
Az abszolút értékek termoelektromos együtthatók növeli csökkenésével hordozóval koncentráció. A fémek koncentrációja a szabad elektronok nagyon magas, és nem függ a hőmérséklettől; elektron gáz az degenerált állapotban, és ezért a Fermi szintet, és az energia az elektron sebesség is kissé függ a hőmérséklettől. Ezért thermoelectromotive erő „klasszikus” metal nagyon kicsi (nagyságrendileg több mV / K). Egy félvezető meghaladhatja 1000 mV / K
Összehasonlításképpen, a táblázat mutatja az értékeket egy bizonyos fém (tekintettel a vezető) a hőmérséklet-tartomány 0 ° C-e 100 ° C (pozitív jel van rendelve a fémek, amelyhez egy áram folyik keresztül a fűtött csomópont).
Ezek az adatok nem tekinthetők teljesen megbízható, mivel a hő- és villamos tisztaságától függ az anyag, és nagyon érzékeny a külső mechanikai és kémiai hatásoknak.
Minden termoelektromos jelenségek miatt a jelenség a migráció és vagy elektromos hőáramlás előforduló közeg jelenlétében elektromos és termikus területeken. Az oka minden termoelektromos jelenségek, hogy az átlagos energia a vivőanyagok az áramlás eltér az átlagos energia egyensúlyi állapotban.
Amellett, hogy a Seebeck effektus, a termoelektromos hatások közé tartozik Peltier, és a fordított jelenség Seebeck Thomson hatást.
Termoelektromos teljesítménytényező társított Peltier együtthatók (p) és a Thomson (t) a kapcsolatban:
Seebeck-effektus, valamint más termoelektromos jelenségek fenomenológiai.
Mivel az elektromos áramkörök és készülékek mindig csomópontok és kapcsolatok a különböző vezetékek, a hőmérséklet ingadozása az érintkezési pont adódik thermopower hogy figyelembe kell venni a pontos mérést.
Másrészt, a hő- és villamos széles körben gyakorlati alkalmazása. Seebeck-effektus alkalmazható fémek a hőelemek hőmérséklet mérésére. Ami a termoelektromos generátorok, amelyben a hőenergia közvetlenül alakítani elektromos energia, akkor az általuk használt félvezető hőelemek, van egy sokkal nagyobb thermopower.
Hatás nyitotta 1821-ben, TI Seebeck (Th. J. Seebeck).
iniciációs idő (log t o -3 2);
Az élettartam (log t c 15-15);
Lebomlási ideje (log t d -3 és 2);
Idő optimális megnyilvánulása (log t k -2 3).
Technikai megvalósítása hatás
A legfontosabb műszaki megvalósítása a Seebeck-effektus a fémek egy hőelem - hőmérséklet-érzékelő elem a készülékek hőmérséklet mérésére. A hőelem két sorbakapcsolt forrasztással vagy hegesztéssel a különböző fém-vezetékek az M1 és M2. Kombinálva a elektromos mérőműszerek hőelem formák termoelektromos hőmérővel, amely közvetlenül kalibrálható ° K vagy S.
Ábra. A 3. ábra a kapcsolási elrendezés a hőelem mérőáramkör:
a) mérőeszköz 1 útján van csatlakoztatva a csatlakozó vezetékek 2 egy rés thermoelectrodes M1;
b) a mérőkészülék csatlakozik az végek thermoelectrodes M1 és M2; T és T B - a hőmérséklet, illetve „meleg” és „hideg” hőelem kapcsolatok.
Tipikus befogadás termoelektromos érzékelő termosztált érintkező
Jellemző felvétel termoelektromos érzékelő netermostatirovannym „alapjáraton” Kapcsolatok
Amikor a hőmérséklet mérésére a csapok általában termosztált (jellemzően 273 K - keresztül olvadó jég).
Hőmérséklet, alkalmazásával mérve hőelemek, nagyon nagy: héliumgázból, hogy több ezer fok. A 2. táblázat mutatja thermoelectrodes anyagok, amelyeket rendszerint egy hőelem használt különböző hőmérsékleti régiók.
A céltól függően a hőelem következők: helyhez kötött és hordozható, páramentes, robbanásbiztos, hermetikus héj és nélküle, rázkódásmentes és mások.
A Seebeck jelenség mellett hőmérsékletet úgy határozhatjuk meg, és egyéb fizikai mennyiségek, a mérése, amely lehet csökkenteni mérési hőmérséklet: teljesítmény AC, az áramlás a sugárzó energia, a gáz nyomása, stb
Érzékenységének növelése a hőelemek sorba kapcsolt a termofil (4.ábra). Így, minden páros oldalszámú csomópontok tartjuk ugyanazon a hőmérsékleten, míg az összes páratlan - egy másik. EMF ilyen elem összegével egyenlő az egyes elemek a termoelektromos erő.
A miniatűr termofil (úgynevezett termofil) sikeresen használt mérésére a fény intenzitását (mind a látható és láthatatlan). Együtt érzékeny galvanométer hogy nagy érzékenységgel: kimutatására, például, a hősugárzást az emberi kéz.
A termofil érdekes mint a generátor az elektromos áram. Azonban, a fém hőelemek nem hatékony, azonban átalakítására termikus energiát villamos félvezető anyagok.
3. sivukhin SD Az általános során a fizika, Nauka, Moszkva, 1977.- V.3. Elektrichestvo.- S.481-487.
4. Stilbans LS Fizika félvezetők M. 1967.- S.75-83, 292-311.
Szakaszok Natural Sciences:
Kapcsolódó cikkek