Seebeck effekt

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 29. april 2022; checks kræver 4 redigeringer .

Seebeck-effekten - fænomenet med forekomsten af EMF i enderne af serieforbundne uens ledere , mellem hvilke kontakter er ved forskellige temperaturer .

Seebeck-effekten omtales også nogle gange blot som den termoelektriske effekt. Effekten omvendt til Seebeck-effekten kaldes Peltier-effekten .

Historie

Denne effekt blev opdaget i 1821 af T. I. Seebeck . I 1822 offentliggjorde han resultaterne af sine eksperimenter i artiklen "Om spørgsmålet om den magnetiske polarisering af visse metaller og malme, der opstår under forhold med temperaturforskelle", offentliggjort i rapporterne fra Det Preussiske Videnskabsakademi [1] .

Beskrivelse

Seebeck-effekten er, at der i et lukket kredsløb bestående af uens ledere opstår en termo-emf, hvis kontaktpunkterne holdes ved forskellige temperaturer. Et kredsløb, der kun består af to forskellige ledere, kaldes et termoelement eller termoelement .

Størrelsen af den resulterende termo-EMF i den første tilnærmelse afhænger kun af ledernes materiale og temperaturerne på de kolde ( ) og varme ( ) kontakter. $T_{1}$ $T_{2}$

I et lille temperaturområde kan termo-EMF betragtes som proportional med temperaturforskellen: $E$

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

hvor er parrets termoelektriske kapacitet (eller termo-EMF-koefficienten).

\alpha _{12}

I det enkleste tilfælde bestemmes termo-EMF-koefficienten kun af ledernes materialer, men i det generelle tilfælde afhænger det også af temperaturen, og i nogle tilfælde skifter fortegn med temperaturen. $\alpha _{12}$

Et mere korrekt udtryk for termo-emf:

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

Værdien af termo-EMF er nogle få millivolt pr. 100 °C af temperaturforskellen mellem krydsene. For eksempel giver et par kobber-constantan 4,28 mV / 100 ° C, chromel-alumel - 4,1 mV / 100 ° C [2] .

Forklaring af effekten

Forekomsten af Seebeck-effekten er forårsaget af flere komponenter.

Volumen potentialforskel

Hvis der er en temperaturgradient langs lederen, så får elektronerne i den varme ende højere energier og hastigheder end i den kolde ende; i halvledere , ud over dette, stiger koncentrationen af ledningselektroner med temperaturen. Resultatet er en strøm af elektroner fra den varme ende til den kolde ende. En negativ ladning akkumuleres i den kolde ende , mens en ukompenseret positiv ladning forbliver i den varme ende. Processen med ladningsakkumulering fortsætter, indtil den resulterende potentialforskel forårsager en strøm af elektroner i den modsatte retning, lig med den primære, på grund af hvilken ligevægt er etableret.

EMF, hvis forekomst er beskrevet af denne mekanisme, kaldes volumen EMF .

Kontakt potentialforskel

Kontaktpotentialforskellen er forårsaget af forskellen i Fermi-energierne for de kontaktende forskellige ledere. Når der skabes en kontakt , bliver elektronernes kemiske potentialer de samme, og der opstår en kontaktpotentialeforskel:

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

hvor er Fermi energien,

F

e

er ladningen af en elektron .

Ved kontakten er der således et elektrisk felt lokaliseret i et tyndt nærkontaktlag. Hvis du laver et lukket kredsløb af to metaller, så vises U på begge kontakter. Det elektriske felt vil blive rettet på samme måde i begge kontakter - fra det større F til det mindre. Det betyder, at hvis du laver en bypass langs en lukket sløjfe, så vil bypasset i den ene kontakt ske langs feltet og i den anden - mod feltet. Cirkulationen af vektoren E vil således være lig nul.

Hvis temperaturen på en af kontakterne ændres med dT , så da Fermi-energien afhænger af temperaturen, vil U også ændre sig. Men hvis den interne kontaktpotentialeforskel har ændret sig, så er det elektriske felt i en af kontakterne ændret, og derfor vil cirkulationen af vektoren E være ikke-nul, det vil sige, at en EMF vises i et lukket kredsløb.

Denne emf kaldes kontakt emf .

Hvis begge termoelementets kontakter har samme temperatur, forsvinder både kontakt og bulk termo-EMF.

Phonon træk

Hvis der er en temperaturgradient i et fast stof, så vil antallet af fononer , der bevæger sig fra den varme ende til den kolde, være større end i den modsatte retning. Som et resultat af kollisioner med elektroner kan fononer trække sidstnævnte med sig, og en negativ ladning vil akkumulere i den kolde ende af prøven (positiv ladning i den varme ende), indtil den resulterende potentialforskel afbalancerer modstandseffekten.

Denne potentialforskel er den 3. komponent af termo-EMF, som ved lave temperaturer kan være titusinder og hundredvis af gange større end dem, der er betragtet ovenfor.

Magnon dille

I magneter observeres en yderligere termo-EMF-komponent på grund af effekten af elektronmodstand fra magnoner .

Brug

Se også

Noter

↑ Termoelektricitet, Peltier-effekt, Seebeck-effekt (utilgængeligt link)
↑ Kuhling H. Fysikhåndbog. - M .: Mir. - 1982. - S. 374-375.