• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Термоелектричні явища

2.5.1. Ефект Зеебека

При різних температурах спаїв замкнутого електричного кола, що складається з різнорідних металів (А та В), у даному колі виникає термоЕРС (ефект Зеебека), значення якої визначається різницею температур і природою металів, що утворюють електричне коло. За значенням термоЕРС знаходять температуру в місці спаю. Для незначного діапазону температур термоЕРС виражається залежністю . Коефіцієнт термоЕРС (у даній формулі ) залежить від природи металів, що складають коло, і температури.

Величини термоЕРС, які визначаються експериментально, є характеристиками пари металів. Частіше усього другим (В) металом пари служить свинець, платина, срібло або мідь.

З виразу

,

де і - коефіцієнти Томсона провідників, що утворюють пару, розраховуються абсолютні значення коефіцієнтів термоЕРС окремих металів і

Абсолютне значення термоЕРС одного з металів пари можна визначити експериментально, вибравши за другий елемент пари надпровідник, для якого q = 0.

2.5.2. Ефект Пельтьє

Ефект Пельтьє є оберненим до ефекту Зеебека, тобто поперечна різниця потенціалів породжує різницю температур на спаях контуру з різнорідних провідників. В результаті проходження струму через даний контур разом із джоулівським теплом виділяється або поглинається (в залежності від напрямку струму) певна кількість теплоти , де П - коефіцієнт, або теплота Пельтьє. Він залежить від природи металів, що утворюють пари, зв'язаний із коефіцієнтом термоЕРС виразом і підкоряється тим же закономірностям, що й коефіцієнт термоЕРС. У зв'язку з цим коефіцієнт Пельтьє комбінації двох металів А та В може бути отриманим із двох пружних комбінації металів ВС і АС: , де і - коефіцієнт Пельтьє для пар металів В, С та А, С, відповідно.

2.5.3. Томсон-ефект

На відміну від ефектів Зеебека і Пельтьє ефект Томсона виявляється не в парі, а в одному металі, де ділянки з різними температурами виступають як різнорідні матеріали. Якщо в провіднику, між кінцями якого підтримується деяка різниця температур , протікає певна кількість електрики It, то між цими кінцями (в залежності від напрямку струму) буде виділятися або поглинатися теплота , де - коефіцієнт, або теплота Томсона. Коефіцієнт термоЕРС пари провідників зв'язаний з їхніми коефіцієнтами Томсона співвідношенням

.

При співпаданні напрямків потоку тепла з напрямком струму коефіцієнт Томсона має позитивний знак.

Термоелектричні параметри зв'язані між собою і з термодинамічними характеристиками. Так, термоЕРС визначається виразом

коефіцієнт термоЕРС – виразом

,

абсолютний термоелектричний потенціал - формулою П = qt, коефіцієнт Томсона – співвідношенням

.

Відповідно з виразу термоЕРС ентропія записується у вигляді , коефіцієнт Пельтьє, що являє собою внутрішню енергію, - у вигляді П = qT = - ST, коефіцієнт Томсона – у вигляді , де - теплоємність носіїв струму, їхня ентальпія – у вигляді , а термоЕРС – у вигляді , де - зміна термодинамічного потенціалу. Знак термоЕРС визначається знаком носіїв струму.

Гальваномагнітні явища

2.5.4. Електричний опір металів у магнітному полі (магнетоопір)

Електричний опір металу, поміщеного в магнітне поле, помітно відрізняється від його опору без поля. Різниця , де - електричний опір металу в магнітному полі, для одного і того ж значення напруженості магнітного поля залежить від його напрямку відносно напрямку струму, який протікає в провіднику. Так, поле, перпендикулярне до напрямку струму, породжує в провіднику поперечний парний гальваномагнітний ефект, а поле, паралельне напрямку струму, - поздовжній парний гальваномагнітний ефект

Зміна електричного опору металів і магнітного поля пропорційна квадратові напруженості цього поля, і лише при дуже великих напругах виконується співвідношення . Для більшості металів різниця позитивна. Від’ємне значення цієї різниці мають сплави благородних і перехідних металів, а також феромагнетиків вище насичення.

У феромагнетиках магнітне поле підвищує ступінь орієнтації магнітних моментів у певному напрямку, тоді як теплові коливання атомів знижують її. Якщо середня теплова енергія на атом дорівнює добутку kT, а зовнішнє магнітне поле знижує енергію атома на значення , то це значення пропорційно зниженню температури . При магнітна складова електричного опору в полі зменшується до значень, що відповідають температурі . При ця складова не залежить від температури і змінюватися не повинна. Зміна електричного опру, яка спостерігається в слабких полях, пов’язана з магнітострикцією (скороченням або збільшення розмірів провідника за рахунок зміни напрямку магнітних моментів) та зміною форми поверхні Фермі.

2.5.5. Ефект Шубникова - де Хааза

При низьких температурах ) і напруженостях магнітного поля Тл на залежності питомого електричного опору металів від оберненої величини напруженості магнітного поля спостерігається осциляція (ефект Шубникова - де Хааза). Даний квантовий ефект виникає внаслідок діамагнітного квантування енергетичних рівнів електронів провідності (квантування Ландау) і формування виродженого електронного газу (Фермі-газу). Цим обумовлені стрибкоподібні зміни числа енергетичних рівнів, розташованих нижче рівня Фермі, і розподіли електронів за рівнями. Величина ефекту сильно залежить від кристалографічного напрямку прикладання поля, вона експоненціально слабшає зі зростанням температури. Ефект Шубникова - де Хааза виявлено у багатьох металів, у яких є групи електронів з аномально малим заповненням (10^-4 – 10^-6 на атом). Найбільш чітко він спостерігається у вісмуті, миш'яку та сурмі, для яких характерними є тільки такі групи електронів.

2.5.6. Скін-ефект

В провіднику, поміщеному у високочастотне електричне поле, виникає поверхневий ефект (скін-ефект) – затухання поля по мірі проникнення в провідник за рахунок виникнення вихрових струмів і перетворення частки електромагнітної енергії в теплоту. Товщина шару , у якому проявляється ефект (скін-шару), залежить від частоти поля , провідності металу і його магнітної проникності. Зміна амплітуди напруженостей електричного і магнітного полів підкоряється експоненціальному закону і , де - коефіцієнт затухання. На глибині амплітуда електромагнітної хвилі зменшується в е разів. Товщина скін-шару, яка рівна при = 50 Гц 9,4 і 0,74 мм для міді і сталі відповідно, знижується приблизно в 100 разів із підвищенням чистоти до 0,5 МГц. Такий скін-ефект, що має назву нормального, звичайно виявляється при .

При (у високочистих металах при низьких температурах і порівняно високих частотах) виявляється так званий аномальний скін-ефект. Товщина скін-шару при цьому, наприклад, для міді складає лише біля 10 нм. При електричний опір металу виявляється обмеженим складовою, яка визначається електронами, що рухаються лише паралельно поверхні металу або під невеликими кутами до неї. Це відповідає дуже малому сегменту на поверхні Фермі. Поле в скін-шарі затухає не за експоненціальним законом. Проте при у сантиметровому діапазоні частот і в інфрачервоній частині спектра аномальний скін-ефект при температурах, вищих від
100 К змінюється нормальним.

2.5.7. Эфект Еттінгсхаузена

У зразку, поміщеному в магнітне поле, перпендикулярне до подовжнього електричному струму, виникає поперечний перепад температур. Він пропорційний густині сили струму і напруженості магнітного поля: . Зі зміною напрямку поля або струму змінюється знак градіенту температур.

Термомагнітні явища

2.5.8. Ефект Нернста

2.5.9. Ефект Риги – Ледюка

При накладенні магнітного поля, перпендикулярного поздовжньому тепловому потокові в провіднику виникає поперечна різниця температур (рис. 2.5). Поперечний градієнт температур прямо пропорційний напруженості поля і градієнту температур вздовж зразка: , де - коефіцієнт Риги - Ледюка. Зі зміною напрямку магнітного поля або теплового потоку змінюється знак поперечного градієнта температур.

Переглядів: 1492