Efect Seebeck

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 29 aprilie 2022; verificările necesită 4 modificări .

Efectul Seebeck - fenomenul de apariție a EMF la capetele conductorilor diferiți conectați în serie , contactele dintre care sunt la temperaturi diferite .

Efectul Seebeck este denumit uneori simplu efect termoelectric. Efectul invers efectului Seebeck se numește efect Peltier .

Istorie

Acest efect a fost descoperit în 1821 de T. I. Seebeck . În 1822, a publicat rezultatele experimentelor sale în articolul „Despre problema polarizării magnetice a anumitor metale și minereuri care apar în condiții de diferență de temperatură”, publicat în rapoartele Academiei Prusace de Științe [1] .

Descriere

Efectul Seebeck este că într-un circuit închis format din conductori diferiți, apare o termo-emf dacă punctele de contact sunt menținute la temperaturi diferite. Un circuit care constă numai din doi conductori diferiți se numește termocuplu sau termocuplu .

Mărimea termo-EMF rezultată în prima aproximare depinde numai de materialul conductorilor și de temperaturile contactelor reci ( ) și calde ( ). $T_{1}$ $T_{2}$

Într-un interval mic de temperatură, termo-EMF poate fi considerat proporțional cu diferența de temperatură: $E$

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

unde este capacitatea termoelectrică a perechii (sau coeficientul termo-EMF).

\alpha _{12}

În cel mai simplu caz, coeficientul termo-EMF este determinat numai de materialele conductorilor, însă, în cazul general, depinde și de temperatură, iar în unele cazuri își schimbă semnul cu temperatura. $\alpha _{12}$

O expresie mai corectă pentru termo-emf:

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

Valoarea termo-EMF este de câțiva milivolți la 100 °C din diferența de temperatură dintre joncțiuni. De exemplu, o pereche de cupru-constantan dă 4,28 mV / 100 ° C, cromel-alumel - 4,1 mV / 100 ° C [2] .

Explicația efectului

Apariția efectului Seebeck este cauzată de mai multe componente.

Diferența de potențial de volum

Dacă există un gradient de temperatură de-a lungul conductorului, atunci electronii de la capătul fierbinte capătă energii și viteze mai mari decât la capătul rece; în semiconductori , pe lângă aceasta, concentrația electronilor de conducție crește odată cu temperatura. Rezultatul este un flux de electroni de la capătul fierbinte la capătul rece. O sarcină negativă se acumulează la capătul rece , în timp ce o sarcină pozitivă necompensată rămâne la capătul fierbinte. Procesul de acumulare a sarcinii continuă până când diferența de potențial rezultată determină un flux de electroni în sens invers, egal cu cel primar, datorită căruia se stabilește echilibrul.

EMF, a cărei apariție este descrisă de acest mecanism, se numește EMF de volum .

Diferența de potențial de contact

Diferența de potențial de contact este cauzată de diferența de energii Fermi ale diferiților conductori care pun în contact. Când se creează un contact , potențialele chimice ale electronilor devin aceleași și apare o diferență de potențial de contact:

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

unde este energia Fermi,

F

e

este sarcina unui electron .

La contact, există astfel un câmp electric localizat într-un strat subțire aproape de contact. Dacă faceți un circuit închis din două metale, atunci apare U pe ambele contacte. Câmpul electric va fi direcționat în același mod în ambele contacte - de la F mai mare la cel mai mic. Aceasta înseamnă că, dacă efectuați o ocolire de-a lungul unei bucle închise, atunci într-un contact ocolirea va avea loc de-a lungul câmpului, iar în celălalt - împotriva câmpului. Circulația vectorului E va fi astfel egală cu zero.

Dacă temperatura unuia dintre contacte se modifică cu dT , atunci deoarece energia Fermi depinde de temperatură, U se va schimba și el. Dar dacă diferența de potențial de contact intern s-a modificat, atunci câmpul electric dintr-unul dintre contacte s-a schimbat și, prin urmare, circulația vectorului E va fi diferită de zero, adică apare un EMF într-un circuit închis.

Acest emf se numește contact emf .

Dacă ambele contacte ale termoelementului sunt la aceeași temperatură, atunci atât contactul, cât și termo-EMF în vrac dispar.

Phonon drag

Dacă există un gradient de temperatură într-un solid, atunci numărul de fononi care se deplasează de la capătul fierbinte la cel rece va fi mai mare decât în direcția opusă. Ca urmare a ciocnirilor cu electronii, fononii îi pot trage pe cei din urmă cu ei, iar o sarcină negativă se va acumula la capătul rece al probei (sarcină pozitivă la capătul fierbinte) până când diferența de potențial rezultată echilibrează efectul de tracțiune.

Această diferență de potențial este a treia componentă a termo-EMF, care la temperaturi scăzute poate fi de zeci și sute de ori mai mare decât cele considerate mai sus.

Nebunia Magnon

La magneți , se observă o componentă suplimentară de termo-EMF, datorită efectului tragerii electronilor de către magnoni .

Utilizare

Vezi și

Link -uri

Video: efect Seebeck (termocuplu) // Canalul oficial NRNU MEPhI @Youtube (11 noiembrie 2015).
Bateriile aparțin trecutului: noul material generează electricitate din căldură // Hi-Tech News @Mail.ru (noiembrie, 2019).

Note

↑ Termoelectricitate, efect Peltier, efect Seebeck (link inaccesibil)
↑ Kuhling H. Handbook of Physics. - M .: Mir. - 1982. - S. 374-375.