Seebeck hatás

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. április 29-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 4 szerkesztést igényelnek .

Seebeck-effektus - az EMF előfordulásának jelensége a sorosan kapcsolt, eltérő vezetők végein, amelyek közötti érintkezők különböző hőmérsékletűek .

A Seebeck-effektust néha egyszerűen termoelektromos effektusnak is nevezik. A Seebeck-effektus fordított hatását Peltier-effektusnak nevezzük .

Történelem

Ezt a hatást 1821 - ben T. I. Seebeck fedezte fel . Kísérleteinek eredményeit 1822-ben publikálta a Porosz Tudományos Akadémia jelentéseiben megjelent "Egyes fémek és ércek hőmérséklet-különbség körülményei között keletkező mágneses polarizációjának kérdéséről" című cikkében [1] .

Leírás

A Seebeck-effektus az, hogy a különböző vezetőkből álló zárt áramkörben termo-emf keletkezik, ha az érintkezési pontokat eltérő hőmérsékleten tartják. Az olyan áramkört, amely csak két különböző vezetőből áll, hőelemnek vagy hőelemnek nevezzük .

A keletkező termo-EMF nagysága első közelítésben csak a vezetők anyagától és a hideg ( ) és meleg ( ) érintkezők hőmérsékletétől függ. $T_{1}$ $T_{2}$

Kis hőmérséklet-tartományban a termo-EMF a hőmérséklet-különbséggel arányosnak tekinthető: $E$

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

ahol a pár termoelektromos kapacitása (vagy a termo-EMF együttható).

\alpha _{12}

A termo-EMF együtthatót a legegyszerűbb esetben csak a vezetékek anyagai határozzák meg, de általában a hőmérséklettől is függ, és bizonyos esetekben előjelet változtat a hőmérséklettel. $\alpha _{12}$

A thermo-emf pontosabb kifejezése:

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

A termo-EMF értéke néhány millivolt per 100 °C a csomópontok közötti hőmérséklet-különbségre. Például egy réz-konstantán pár 4,28 mV / 100 ° C, króm-alumel - 4,1 mV / 100 ° C [2] .

A hatás magyarázata

A Seebeck-effektus előfordulását több összetevő okozza.

Térfogatpotenciál különbség

Ha a vezető mentén hőmérsékleti gradiens van, akkor a meleg végén lévő elektronok nagyobb energiát és sebességet kapnak, mint a hideg végén; a félvezetőkben ezen felül a vezetési elektronok koncentrációja a hőmérséklettel növekszik. Az eredmény az elektronok áramlása a meleg végtől a hideg végig. A hideg végén negatív töltés halmozódik fel , míg a meleg végén egy kompenzálatlan pozitív töltés marad. A töltésfelhalmozás folyamata mindaddig folytatódik, amíg a keletkező potenciálkülönbség ellentétes irányú, az elsődlegesvel megegyező elektronáramlást nem okoz, aminek következtében az egyensúly létrejön.

EMF, amelynek előfordulását ez a mechanizmus írja le, volumen EMF -nek nevezik .

Érintkező potenciál különbség

Az érintkezési potenciál különbséget az érintkező különböző vezetők Fermi-energiáinak különbsége okozza . Amikor kontaktus jön létre , az elektronok kémiai potenciáljai azonosak lesznek, és kontaktpotenciál-különbség keletkezik:

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

hol van a Fermi energia,

F

e

egy elektron töltése .

Az érintkezőnél tehát egy vékony érintkezési rétegben lokalizált elektromos tér van. Ha két fémből zárt áramkört készít, akkor mindkét érintkezőn U megjelenik. Az elektromos mező mindkét érintkezőben azonos módon irányul - a nagyobb F -től a kisebbig. Ez azt jelenti, hogy ha egy zárt hurok mentén kerül megkerülést, akkor az egyik érintkezésben az elkerülés a mező mentén történik, a másikban pedig a mező ellen. Az E vektor körforgása tehát egyenlő lesz nullával.

Ha az egyik érintkező hőmérséklete dT -vel változik , akkor mivel a Fermi-energia a hőmérséklettől függ, U is megváltozik. De ha a belső érintkezési potenciálkülönbség megváltozott, akkor az egyik érintkező elektromos mezője megváltozott, és ezért az E vektor cirkulációja nem lesz nulla, azaz egy zárt áramkörben EMF jelenik meg.

Ezt az emf-et contact emf -nek hívják .

Ha a termoelem mindkét érintkezője azonos hőmérsékletű, akkor mind az érintkező, mind az ömlesztett termo-EMF eltűnik.

Phonon drag

Ha szilárd testben hőmérsékleti gradiens van, akkor a meleg végből a hideg felé haladó fononok száma nagyobb lesz, mint az ellenkező irányba. Az elektronokkal való ütközések következtében a fononok magukkal sodorhatják az utóbbiakat, és a minta hideg végén negatív töltés halmozódik fel (pozitív töltés a meleg végén), amíg a keletkező potenciálkülönbség kiegyenlíti a légellenállási hatást.

Ez a potenciálkülönbség a termo-EMF 3. komponense, amely alacsony hőmérsékleten tízszer és százszor nagyobb lehet, mint a fentiekben.

Magnon őrület

A mágnesekben további termo-EMF komponens figyelhető meg a magnonok elektronellenállásának hatására .

Használat

Lásd még

Linkek

Videó: Seebeck-effektus (hőelem) // NRNU MEPhI hivatalos csatorna @Youtube (2015. november 11.).
Az akkumulátorok a múlté: az új anyagok hőből termelnek áramot // Hi-Tech News @Mail.ru (2019. november).

Jegyzetek

↑ Termoelektromosság, Peltier-effektus, Seebeck-effektus (elérhetetlen link)
↑ Kuhling H. Fizika kézikönyve. - M .: Mir. - 1982. - S. 374-375.