8.9 Термоелектричні явища. Ефекти Зеебека і Пельтьє

Розглянемо замкнуте коло із двох металів 1 і 2 (рис.8.14). В ньому є два контакти: а і б. Нехай температури цих контактів Та і Тб різні. В такому контурі виникає електрорушійна сила, яка називається термо-е.р.с., і протікає електричний струм. Знайдемо термо-е.р.с. ε. Очевидно, що вона буде дорівнювати, у відповідності із 2-м законом Кірхгофа, сумі КРП на контактах. Використаємо (8.28)

 

Після спрощень, маємо

(8.29)

Одержали, що термо-е.р.с. пропорційна різниці температур контактів. Це явище прямого перетворення теплової енергію в електричну називається термоелектричним явищем. Воно було вперше відкрите німецьким фізиком Т.Зеебеком (1770-1831) у 1821 р. на контакті мідь-вісмут. Цей ефект лежить в основі вимірювання температури за допомогою термопар. Першу термопару запропонував і виготовив теж Зеебек. Вона уявляє собою  два різних провідники, спаяні одними кінцями, а до інших вмикається гальванометр, яким і вимірюють термо-е.р.с (рис.8.15). Термопару попередньо градуюють по відомій різниці температур для знаходження коефіцієнта α термо-е.р.с. По (8.29) знаходять різницю температур, і, знаючи температуру Та, де знаходиться гальванометр, можна знайти температуру Тб другого контакту.

У 1834 р. французький фізик Ж.Пельтьє (1785-1845) виявив протилежний ефект, який був названий його ім’ям. Ефект Пельтьє заключається в тому, що при проходженні струму через контакт різних провідників у контактах крім джоулевого тепла, в залежності від напрямку струму, виділяється чи поглинається додаткове тепло, назване теплом Пельтьє. На відміну від тепла Джоуля-Ленца, яке пропорційне квадрату струму, тепло Пельтьє пропорційне першій степені струму і змінює знак при зміні напрямку струму. Пояснимо механізм виділення цього тепла. Нехай через контакти двох металів від зовнішнього джерела ε пропускається струм I (рис.8.16). Нехай КРП має таку полярність, що метал 1 заряджається відносно металу 2 негативно. Електрони рухаються в контакті а проти контактного поля Еа і тому ним прискорюються. Ця додаткова кінетичне енергія черпається за рахунок зменшення теплової енергії контакту, і тому він охолоджується. В контакті б електрон гальмується контактним полем Еб і віддає йому частину кінетичної енергії направленого руху. Контакт б додатково нагрівається. Отже Тб > Та. Таким чином електрон виконує роль переносчика енергії від одного контакту до іншого, а саме від холодного (а) до гарячого (б). А ц вже є не що інше, як холодильна машина. Саме так на контакті вісмут-сурьма  Е.Ленц у 1836 році заморозив краплю води.

 

You must be logged in to post a comment.

Фізика