Seebeck-effektus
A termoelektromos hatás a Seebeck-effektus, Peltier és a Thomson. Ezek a jelenségek már széles körben használják, különösen a Seebeck-effektus, amely az alapja a hőmérséklet mérés termoelektromos hőmérők.
Seebeck jelenség felfedezett 1821 G. & abban a tényben rejlik, hogy a hőelemek, amelyek csomópontokban vannak különböző hőmérsékleteken, van egy thermoelectromotive erő (termikus EMF).
Ha van egy vezeték mentén hőmérsékleti gradiens az elektronok forró végénél megszerzésére energiát és nagyobb sebességgel, mint a hideg; a félvezetők mellett, hogy a vezetési elektron sűrűség növekszik a hőmérséklettel. Az eredmény a forró végén a hideg elektronok áramlását hideg végén, és negatív töltés halmozódik, és továbbra is pozitív töltés nem kompenzálják a forró.
Process töltésfelhalmozódást folytatódik, amíg a potenciális különbség keletkező nem okoz elektronok áramlását az ellenkező irányba, egyenlő a primer, így egyensúly jön létre.
Az elektromos áramkör áll a különböző vezetékek (M1 és M2), a thermoelectromotive erő lép fel, ha az érintkezési helyen (A. B) támogatja különböző hőmérsékleteken. Amikor az áramkör zárva van, folyik az elektromos áram (az úgynevezett termikus áram), és a változás a jele a hőmérséklet különbség a csomópontokban kíséri irányváltást termoelektromos (ábra. 5).
Előfordulása termikusan indukált áram a két vezetőben hegesztett különböző hőmérsékleteken Kapcsolatok
Az érték függ a termoelektromos ereje abszolút csomópont hőmérsékleti értékek (TA, TB), a különbség a hőmérséklet és a természet a alkotó anyagok a hőelem. A kis hőmérséklet-tartományban thermopower tekinthető arányos a hőmérséklet-különbség:
Ott 12 - képessége termoelektromos párok (vagy Seebeck együttható) fém 1 tekintetében a fém 2, amely egy jellemző mind a hőelem fémek. A gyakorlatban ez teremt bizonyos kellemetlenségeket. Ezért, a feltételeket mért érték kapcsolatban egy és ugyanazon fém, amelyre célszerű, hogy a vezető. mert minta ólom nem fordul elő sem a potenciális különbség a hideg és meleg végét.
termoelektromos teljesítmény értékeket a koefficiensek fémek M1 és M2 az ólom és a rendre 1 2 és úgynevezett abszolút Seebeck együtthatóval. majd
termoelektromos irányt a következőképpen határozzuk meg: a fűtött találkozásánál áram folyik a fém alacsonyabb fém, amelynek hőtágulási együtthatója EMF több. Például, a vas, a hőelem (M1) - konstantán (M2): 1 = +15,0 V / K; 2 = -38,0 mV / K. Következésképpen a jelenlegi irányul a melegpontot vasat konstantán (M1 M2). Ez az a helyzet (amikor 2 <1 ) иллюстрируется для электрической цепи, изображенной на рис. 4.
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 még a változás jele kerül sor, amikor a hőmérséklet változik .
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.
Az első ok. 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 ():
k - a Boltzmann állandó;
e - az elektron töltése.
A szabad elektronok k kell lineárisan változik a hőmérséklettel.
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. Bent a vezető elektromos mező ET. ellen irányul hőmérséklet-gradiens, amely megakadályozza a további töltés szeparáció (ábra. 6.).
Előfordulás termoelektromos anyagot egy egységes hőmérséklet, mert a térbeli inhomogenitás
Az egyensúlyi állapotban a jelenléte 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.
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). Félvezetők meghaladhatja 1000 mV / K
Összehasonlításképpen, a táblázat mutatja az értékeket egy bizonyos fém (tekintettel a vezető) a hőmérséklet-tartomány 0 ° C és 100 ° C (a pozitív előjel van hozzárendelve e fémek, amelyek áram folyik keresztül a fűtött csomópont).
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.
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.
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 kalibrált közvetlenül K vagy ° C