- •Розділ 2. Електричні властивості (8 год.)
- •2.2. Електропровідність металів
- •2.3. Залежність електричного опору металів від температури і тиску
- •2.4. Надпровідність
- •Термоелектричні явища
- •2.5.2. Ефект Пельтьє
- •2.5.3. Томсон-ефект
- •Гальваномагнітні явища
- •2.5.4. Електричний опір металів у магнітному полі (магнетоопір)
- •2.5.5. Ефект Шубникова - де Хааза
- •2.5.6. Скін-ефект
- •Термомагнітні явища
Термоелектричні явища
2.5.1. Ефект Зеебека
При різних температурах спаїв замкнутого електричного кола, що складається з різнорідних металів (А та В), у даному колі виникає термоЕРС (ефект Зеебека), значення якої визначається різницею температур і природою металів, що утворюють електричне коло. За значенням термоЕРС знаходять температуру в місці спаю. Для незначного діапазону температур термоЕРС виражається залежністю . Коефіцієнт термоЕРС (у даній формулі ) залежить від природи металів, що складають коло, і температури.
Величини термоЕРС, які визначаються експериментально, є характеристиками пари металів. Частіше усього другим (В) металом пари служить свинець, платина, срібло або мідь.
З виразу
,
де і - коефіцієнти Томсона провідників, що утворюють пару, розраховуються абсолютні значення коефіцієнтів термоЕРС окремих металів і
Абсолютне значення термоЕРС одного з металів пари можна визначити експериментально, вибравши за другий елемент пари надпровідник, для якого q = 0.
2.5.2. Ефект Пельтьє
Ефект Пельтьє є оберненим до ефекту Зеебека, тобто поперечна різниця потенціалів породжує різницю температур на спаях контуру з різнорідних провідників. В результаті проходження струму через даний контур разом із джоулівським теплом виділяється або поглинається (в залежності від напрямку струму) певна кількість теплоти , де П - коефіцієнт, або теплота Пельтьє. Він залежить від природи металів, що утворюють пари, зв'язаний із коефіцієнтом термоЕРС виразом і підкоряється тим же закономірностям, що й коефіцієнт термоЕРС. У зв'язку з цим коефіцієнт Пельтьє комбінації двох металів А та В може бути отриманим із двох пружних комбінації металів ВС і АС: , де і - коефіцієнт Пельтьє для пар металів В, С та А, С, відповідно.
2.5.3. Томсон-ефект
На відміну від ефектів Зеебека і Пельтьє ефект Томсона виявляється не в парі, а в одному металі, де ділянки з різними температурами виступають як різнорідні матеріали. Якщо в провіднику, між кінцями якого підтримується деяка різниця температур , протікає певна кількість електрики It, то між цими кінцями (в залежності від напрямку струму) буде виділятися або поглинатися теплота , де - коефіцієнт, або теплота Томсона. Коефіцієнт термоЕРС пари провідників зв'язаний з їхніми коефіцієнтами Томсона співвідношенням
.
При співпаданні напрямків потоку тепла з напрямком струму коефіцієнт Томсона має позитивний знак.
Термоелектричні параметри зв'язані між собою і з термодинамічними характеристиками. Так, термоЕРС визначається виразом
коефіцієнт термоЕРС – виразом
,
абсолютний термоелектричний потенціал - формулою П = qt, коефіцієнт Томсона – співвідношенням
.
Відповідно з виразу термоЕРС ентропія записується у вигляді , коефіцієнт Пельтьє, що являє собою внутрішню енергію, - у вигляді П = qT = - ST, коефіцієнт Томсона – у вигляді , де - теплоємність носіїв струму, їхня ентальпія – у вигляді , а термоЕРС – у вигляді , де - зміна термодинамічного потенціалу. Знак термоЕРС визначається знаком носіїв струму.