Термо ЭДС. Эффект Зибека

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. ОТКРЫТИЕ ЯВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВА
2. СУТЬ ЯВЛЕНИЯ ТЕРМО-ЭДС
3. ТЕРМО-ЭДС В СПАЕ ДВУХ ПРОВОДНИКОВ
3.1. Объемная составляющая термо-ЭДС
3.2. Контактная составляющая термо-ЭДС
3.3. Увлечение электронов фононами
4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭФФЕКТА ЗЕЕБЕКА
4.1. Термопара
4.2. Термоэлектрические генераторы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы

Принцип действия термопары основан на том, что нагревание или охлаждение контактов между проводниками, отличающимися химическими свойствами, сопровождается возникновением термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС). Термопара состоит из двух металлов, сваренных на обоих концах. Один конец помещается в месте замера температуры. Второй спай термостатируется, или измеряется его температура и погрешность вычитается расчётным способом. Метрологической характеристикой термопары является градуировочная таблица в которой указана температура горячего конца термопары, и термо-ЭДС развиваемая термопарой при этой температуре, при этом необходимо учитывать температуру холодного конца термопары и термо-ЭДС развиваемую на нём необходимо вычесть из термо-ЭДС горячего конца термопары.
4.2. Термоэлектрические генераторы
Термоэлектрический генератор – полупроводниковое термоэлектрическое устройство, состоящее из полупроводникового термоэлектрического блока и предназначенное для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую энергию (3, с. 433). Термоэлектрические генераторы выполняются из полупроводниковых материалов, потому что термо-ЭДС у полупроводников примерно на три порядка выше, чем у металлов. Основная заслуга в разработке термогенераторов принадлежит советскому физику академику А.Ф. Иоффе. В спае полупроводниковых материалов величина термо-ЭДС в большой степени зависит от концентрации легирующей примеси. Поэтому до момента разработки принципов точного контроля содержания примесей создание функционирующих термогенераторов было невозможно. Основным недостатком термогенераторов является низкий коэффициент полезного действия, который не превышает 8%. (2, с.274). Схема полупроводникового термоэлемента показана на рис. 4.
Использование в качестве источников тепловой энергии теплоты ядерного распада и энергии Солнца позволяет использовать полупроводниковые термогенераторы, несмотря на низкий КПД.
Рис. 4. Схема полупроводникового термоэлемента с сопротивлением нагрузки
1 – положительная ветвь;
2 – отрицательная ветвь;
3 – металлические контактные пластины;
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе данной работы было изучено и описано такое явление как термо-ЭДС. При написании нам удалось понять причины возникновения разности зарядов на концах разомкнутого проводника при наличии разности температур на концах этого проводника. Разобраны составляющие возникающей термо-ЭДС при спае двух проводников в замкнутую цепь. Этим составляющими являются объемная составляющая, контактная составляющая и увлечение электронов фононами. Изучен количественный вклад этих составляющих в суммарную термо-ЭДС.
Основным недостатком школьных (да и вузовских) программ по фундаментальным наукам является, по-нашему мнению, отрыв знаний от практики и от истории возникновения тех или иных концепций. Поэтому в настоящей работе было решено показать не только физические принципы возникновения термо-ЭДС в проводнике, но и историю открытия этого явления и практическое применение открытых принципов. Были изучены история открытия термоэлектричества и методики применения данного явления в измерении температур и генерации электрической энергии из тепловой энергии. При наличии воспроизводимых источников тепловой энергии (например, энергия Солнца), несмотря на низкий КПД термоэлектрических генераторов, можно получать некоторое количество энергии, и особенно, в условиях недоступности других источников это может оказаться чрезвычайно полезным для человечества.
Список литературы
1. Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С.Г. / Физика полупроводников: Учеб. Для вузов. – М.: Высш. шк., 1977., 675 с, с. 18-19
2. Епифанов Г. И. / Физика твердого тела: Учеб. Пособие для втузов 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1977. – 288 с., с. 262-273;
3. Пасынков В. В., Чиркин Л. К. / Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1987. – 479 с., с. 428-431;
4. http://www.gardi.ru/thermoel.php
2