fenomene - l Thermoelectric

efect Peltier Seebeck fenomen invers: atunci când fluxurile de curent în circuitul din diferite materiale conductoare, contacte la sol, în plus față de căldura Joule, eliberată sau absorbită, în funcție de direcția curentului, o anumită cantitate de căldură Qn. proporțională cu energia electrică care curge prin numărul de contact (și anume, intensitatea curentului I și timpul t): Qn = PLT. Coeficientul dependent de natura materialelor în contact și temperatura (coeficientul Peltier) P.

William Thomson (Lord Kelvin) derivat relația termodinamică dintre coeficientul și Seebeck Peltier (α), care este o anumită manifestare coeficient cinetică simetrie (vezi Onsager teorema.): P = αT, unde T - temperatura absolută, și a prezis existența unui al treilea T. I. - efect Thomson și. Este acest lucru: dacă curentul de-a lungul conductorului există o diferență de temperatură, în plus față de conductorul de căldură Joule volumului evoluat sau absorbite, în funcție de direcția curentului, Qτ cantitate suplimentară de energie termică (căldură Thomson): Qτ = τ (T2- T1) E, în cazul în care τ - coeficientul Thomson, în funcție de natura materialului. Conform perechi specifice Thomson Teoria thermopower a conductoarelor conectate cu Thomson raportul lor coeficient: dα / dT = (τ1 - τ2) / T.

Efectul Seebeck se explică prin faptul că energia medie a electronilor de conducție depinde de natura conductorului și diferit crește cu temperatura. Dacă există un conductor de-a lungul unui gradient de temperatură, electronii de la sfârșitul fierbinte obține energie și o viteză mai mare decât în ​​frig; în semiconductori, în plus față de faptul că conducta crește densitatea de electroni cu temperatură. Ca rezultat, fluxul de electroni are loc de la capătul fierbinte la capătul rece al frig și se acumulează sarcină negativă și sarcină pozitivă rămâne necompensată la cald. acumulare de încărcare proces continuă atâta timp cât diferența de potențial care rezultă nu cauzează curgerea electronilor în direcția opusă, egală cu primar, astfel încât echilibrul este stabilit. Suma algebrică a acestor diferențe potențiale într-un circuit produce una dintre componentele puterii termoelectric, care se numește cea mai mare parte.

Contribuția efectului thermoelectromotive oferă, de asemenea, fononii de electroni glisarea. Dacă într-un solid există un gradient de temperatură, numărul fononi s se deplasează de la capătul cald la rece, va fi mai mare decât în ​​sens invers. Ca urmare a coliziunii cu electroni fenoli pot trage din trecut și la sfârșitul rece a eșantionului se va acumula o sarcină negativă (la cald - pozitiv), atâta timp cât diferența de potențial care rezultă echilibrează efectul tragere; Această diferență de potențial reprezintă o a treia componentă a forței thermoelectromotive, care, la temperaturi scăzute pot fi în zeci sau sute de ori mai mari decât cele de mai sus. Magneții observat o componentă suplimentară a thermopower datorită efectului de electroni antrenării Magnon s.

In metale (A se vedea. Metals) densitatea de electroni de conducție este mare și independentă de temperatură. Energia electronilor este, de asemenea, aproape independentă de temperatură, astfel încât metalele thermopower este foarte mic. Valorile relativ mari ajunge la thermopower în semimetale (A se vedea semimetalelor.) și aliajele acestora, în care concentrația de purtător este semnificativ mai mică, în funcție de temperatură, precum și unele metale de tranziție și aliaje ale acestora (de exemplu, aliaje de Pd cu Ag termoelectrică atinge 86 microvolți / ° C ). În acest ultim caz, densitatea de electroni este mare. Cu toate acestea, termoelectric mare datorită faptului că energia medie a electronilor de conducție este foarte diferită de energia Fermi. Uneori, electroni rapizi au o capacitate mai mică de difuzie decât lent, și puterea termoelectric, în conformitate cu aceste modificări semn. Amploarea și semnul puterii termoelectric depinde și de forma suprafeței Fermi. Metalele și aliajele cu o suprafață complexă Fermi w diferite porțiuni ale acesteia pot da contribuții la thermopower de semn opus, iar forța thermoelectromotive poate fi egală sau aproape de zero. Semnul thermopower anumitor metale este inversată la temperaturi joase, ca rezultat al fononi de electroni glisarea.

În semiconductori de tip p se acumulează pe găurile de contact rece și fierbinte (A se vedea Semiconductori.) - rămâne sarcină negativă decompensată (atunci când doar mecanismul de împrăștiere anormale sau un efect de tragere nu duce la o modificare a semnului thermopower). Termocuplului constând din găuri și semiconductor electron thermopower adăugat. În semiconductori care efectuează mixte la un contact rece și electroni și găuri, difuze și taxele sunt compensate reciproc. Dacă concentrația și mobilitatea electronilor și găurile sunt egale, forța thermoelectromotive este zero.

În condițiile în care de-a lungul conductorului prin care curge curent, există un gradient de temperatură, cu direcția curentului corespunde mișcării electronilor de la capătul cald la frig, în timpul tranziției de la o secțiune mai cald la un răcitor, electronii se transferă excesul de energie la atomii din jur (generează căldură) și în direcția inversă a zonei curente de trecere de la rece pentru a reface energia lor fierbinte de atomii din jur (căldura este absorbită). Acest lucru explică (într-o primă aproximare) fenomen Thomson. In primul caz, electronii sunt decelerat iar al doilea - sunt accelerate de domeniul energiei termice, care se schimbă valoarea τ. și, uneori, semnul efectului.

Cauza efectului Peltier este acela că energia medie a electronilor care participă la curentul de transfer depinde de spectrul de energie (structura de bandă a materialului) lor, concentrația de electroni și mecanismul de împrăștiere a acestora, și, prin urmare, diferite dirijori diferiți. În tranziția de la un conductor într-un alt electron transferă excesul de energie sau de atomi sau supliment lipsa de energie pentru contul lor (în funcție de direcția curentului). În primul caz, în apropiere de contact este eliberat, iar al doilea - Peltier căldura absorbită. Să considerăm cazul în care direcția actuală corespunde tranziției electronilor din semiconductor în metal. Dacă electronii la nivelul impurităților semiconductoare, ar putea doar să se deplaseze sub influența unui câmp electric ca și electronii de conducție, iar energia medie a electronilor ar fi egală cu energia Fermi a metalului, fluxul de curent prin contactul nu ar încălca echilibrul termic (Qn = 0). Dar în semiconductor, electronii sunt localizate la nivelul de impurități și energia electronilor de conducție este mult mai mare decât nivelul Fermi în metal (și depinde de mecanismul de împrăștiere). Revenind la metalul electronilor de conducție da excesul de energie; și în care căldura eliberată Peltier. În direcția opusă a curentului în metalul semiconductor poate trece doar acei electroni a căror energie este deasupra fundului benzii de conducție a semiconductorului. echilibru termic în metal este rupt și astfel restaurat datorită oscilațiilor termice ale rețelei cristaline (vezi. Vibrațiile cristal cu zăbrele). Astfel, căldura absorbită Peltier. La contactul a două semiconductori sau două metale este, de asemenea, emise (sau absorbite) Peltier de căldură datorită faptului că energia medie a electronilor care participă la curent pe fiecare parte a contactului variază.

Astfel, cauza tuturor T. I. - lipsa echilibrului termic în fluxul de transport (adică, diferența în medie fluxul de energie de electroni din energia Fermi). Valorile absolute ale coeficienților de termoelectric cresc odată cu scăderea concentrației purtătoare; astfel încât în ​​semiconductori sunt în zeci sau sute de ori mai mare decât în ​​metale și aliaje.

Lit:. Zhuze V. P. Gusenkova EI Bibliografie pe thermoelectricity, Moscova-Leningrad 1963; Ioffe A. F. Semiconductor termocupluri, Moscova-Leningrad 1960; Ziman John. Electronii și fononi, trans. din limba engleză. M. 1962; Popov M. M. Termometrie și Calorimetria, 2nd ed. Moscova, 1954; Stilbans LS Semiconductor Fizica, M. 1967.

Marii Enciclopedii Sovietice. - M. sovietic Enciclopedia. 1969-1978.