Seebeckův efekt

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 29. dubna 2022; kontroly vyžadují 4 úpravy .

Seebeckův jev - jev výskytu EMF na koncích sériově zapojených odlišných vodičů , jejichž kontakty jsou při různých teplotách .

Seebeckův jev se také někdy nazývá jednoduše termoelektrický jev. Efekt inverzní k Seebeckovu efektu se nazývá Peltierův efekt .

Historie

Tento efekt objevil v roce 1821 T. I. Seebeck . V roce 1822 publikoval výsledky svých pokusů v článku „O otázce magnetické polarizace určitých kovů a rud vznikajících za podmínek teplotního rozdílu“, publikovaném ve zprávách Pruské akademie věd [1] .

Popis

Seebeckův efekt spočívá v tom, že v uzavřeném okruhu sestávajícím z různých vodičů dochází k termoemf, pokud jsou kontaktní body udržovány na různých teplotách. Obvod, který se skládá pouze ze dvou různých vodičů, se nazývá termočlánek nebo termočlánek .

Velikost výsledného termo-EMF v prvním přiblížení závisí pouze na materiálu vodičů a teplotách studených ( ) a horkých ( ) kontaktů. $T_{1}$ $T_{2}$

V malém teplotním rozsahu lze termo-EMF považovat za úměrné teplotnímu rozdílu: $E$

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

kde je termoelektrická kapacita páru (nebo koeficient termo-EMF).

\alpha _{12}

V nejjednodušším případě je termo-EMF koeficient určen pouze materiálem vodičů, obecně však závisí také na teplotě a v některých případech se mění znaménko s teplotou. $\alpha _{12}$

Správnější výraz pro termo-emf:

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

Hodnota termo-EMF je několik milivoltů na 100 °C teplotního rozdílu mezi přechody. Například pár měď-konstantan dává 4,28 mV / 100 ° C, chromel-alumel - 4,1 mV / 100 ° C [2] .

Vysvětlení účinku

Výskyt Seebeckova efektu je způsoben několika složkami.

Rozdíl objemového potenciálu

Pokud je podél vodiče teplotní gradient, pak elektrony na horkém konci získávají vyšší energie a rychlosti než na studeném konci; v polovodičích se navíc s teplotou zvyšuje koncentrace vodivostních elektronů. Výsledkem je tok elektronů z horkého konce do studeného konce. Záporný náboj se hromadí na studeném konci , zatímco nekompenzovaný kladný náboj zůstává na horkém konci. Proces akumulace náboje pokračuje, dokud výsledný potenciálový rozdíl nezpůsobí tok elektronů v opačném směru, rovném primárnímu, čímž se ustaví rovnováha.

EMF, jehož výskyt je popsán tímto mechanismem, se nazývá objemové EMF .

Rozdíl kontaktních potenciálů

Rozdíl kontaktních potenciálů je způsoben rozdílem ve Fermiho energiích kontaktujících různých vodičů. Když se vytvoří kontakt , chemické potenciály elektronů se stanou stejnými a vznikne rozdíl kontaktních potenciálů:

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

kde je Fermiho energie,

F

E

je náboj elektronu .

Na kontaktu je tedy elektrické pole lokalizované v tenké vrstvě blízkého kontaktu. Pokud vytvoříte uzavřený obvod ze dvou kovů, objeví se U na obou kontaktech. Elektrické pole bude v obou kontaktech směřováno stejně – od většího F k menšímu. To znamená, že pokud provedete obtok podél uzavřené smyčky, pak v jednom kontaktu dojde k bypassu podél pole a ve druhém - proti poli. Cirkulace vektoru E tak bude rovna nule.

Pokud se teplota jednoho z kontaktů změní o dT , pak protože Fermiho energie závisí na teplotě, změní se také U. Pokud se však změnil rozdíl vnitřního kontaktního potenciálu, pak se elektrické pole v jednom z kontaktů změnilo, a proto bude cirkulace vektoru E nenulová, to znamená, že se v uzavřeném obvodu objeví EMF.

Toto emf se nazývá kontaktní emf .

Pokud mají oba kontakty termočlánku stejnou teplotu, kontaktní i objemový termo-EMF zmizí.

Přetažení phononu

Pokud existuje teplotní gradient v pevné látce, pak počet fononů pohybujících se od horkého konce ke studenému bude větší než v opačném směru. V důsledku srážek s elektrony mohou fonony tyto elektrony táhnout s sebou a negativní náboj se bude hromadit na studeném konci vzorku (kladný náboj na horkém konci), dokud výsledný rozdíl potenciálů nevyrovná účinek odporu.

Tento potenciálový rozdíl je 3. složkou termo-EMF, která při nízkých teplotách může být desítky a stokrát větší než výše uvedené.

Magnon craze

V magnetech je pozorována další termo-EMF složka v důsledku účinku elektronového odporu magnony .

Použití

Viz také

Odkazy

Video: Seebeckův efekt (termočlánek) // Oficiální kanál NRNU MEPhI @Youtube (11. listopadu 2015).
Baterie jsou minulostí: nový materiál vyrábí elektřinu z tepla // Hi-Tech News @Mail.ru (listopad, 2019).

Poznámky

↑ Termoelektřina, Peltierův jev, Seebeckův jev (nedostupný odkaz)
↑ Kuhling H. Handbook of Physics. - M.: Mir. - 1982. - S. 374-375.