2.Схема расположения энергетических уровней на контакте полупроводника с металлом( ε - энергия , выделяющаяся в виде тепла при переходе одного электрона из полупроводника в металл

Если вдоль проводника, по которому протекает электрический ток, существует перепад температур, причем направление тока соответствует движению электронов от горячего конца к холодному, то, переходя из более горячего участка в более холодный, электроны передают избыточную энергию окружающим атомам, чем вызывают нагрев проводника- выделение тепла; при обратном направлении тока электроны , проходя из более холодного участка в более горячий, пополняют свою энергию за счет окружающих атомов. Этим объясняется явление Томсона.

2.2Явление термоэдс

ТермоЭДС в контуре складывается их трёх составляющих. Первая из них обусловлена температурной зависимостью внутренней контактной разности потенциалов U_i, которая связана с температурным изменением положения уровня Ферми. В металлах с увеличением температуры уровень Ферми, хотя и слабо, но смещается вниз по энергетической шкале. Поэтому на холодном конце однородного проводника он должен располагаться выше, чем на более нагретом. Следствием смещения уровня Ферми и является возникновение контактной составляющей термоэдс.

Дифференциальная термоэдс, соответствующая этой составляющей:

Вторая составляющая термоэдс , называемая объёмной, обусловлена диффузией носителей заряда от горячих спаев к холодным. Средняя кинетическая энергия электронов в металле также несколько изменяется с температурой.

Электроны, сосредоточенные на более горячем конце, обладают несколько большей кинетической энергией и большей скоростью теплового движения по сравнению с носителями заряда холодного конца. Поэтому они в большем количестве диффундируют в направлении температурного градиента. Диффузионный поток электронов в этом случае, перенося заряд из горячего конца в холодный, создаёт между ними разность потенциалов.

Третья составляющая эдс возникает в контуре вследствие увлечения электронов квантами тепловой энергии (фононами). Этот эффект открыт Л.Э.Гуревичем в 1945 г. и состоит в следующем. При наличии градиента температуры в проводнике возникает дрейф фононов от горячего конца к холодному, совершающийся с некоторой средней скоростью V_др

Существование такого дрейфа приводит к тому, что электроны, рассеиваемые на фононах, сами начинают совершать направленное движение от горячего конца к холодному примерно с той же скоростьюV_др. Накопление электронов на холодном конце проводника и обеднение электронами горячего конца вызывает появление термоэдс.

При низких температурах эта составляющая термоэдс может в десятки и сотни раз превосходить объёмную и контактную составляющие.

И в однородном проводнике, т.е. изготовленном из одного металла, при наличии перепада температур на концах его также возникает разность потенциалов в силу рассматриваемых причин. Её значение, отнесённое к единичной разности температур, называется обсолютной удельной термоэдс.

В термопарном контуре относительная удельная термоэдс представляет собой разность абсолютных удельных термоэдс, составляющих проводников:

,

где и– абсолютные удельные термоЭДС контактирующих металловA и B.

Квантовая теория твёрдого тела даёт следующее выражение удельной термоЭДС:

.

При комнатной температуре отношение имеет значение порядка 10^-3. составляет несколько мкВ/К.

Для определения абсолютных термоэдс в качестве эталона используют свинец, у которого термоэлектрические свойства выражены очень слабо, или платину, которая в чистом виде отличается высокой стабильностью свойств. Для нормального проводника горячий спай заряжается положительно (это характерно для многих простых металлов). Ток в горячем спае проводника и свинца направлен от проводника к свинцу. Термоэдс проводника в этом случае считается отрицательной.