Контактная разность потенциалов, термо-эдс, эффекты

Принцип действия основан на возникновении термо-эдс на концах двух разнородных материалов, находящихся в разных температурных режимах.

Конструктивно состоит из двух разнородных, специально подобранных проводников, одни концы которых сварены между собой, а другие подсоединены к прибору.

Рабочий (горячий) слой помещают в защитный кожух и устанавливают в месте контроля температуры.

Если Т° свободных холодных слоев термопары отличается от Т° горячего слоя, то вследствие термоэлектрического эффекта на электродах возникает термо-эдс, пропорциональная разности температур.

Термопара ТПП - обладает высокой точностью и стабильностью. Изготавливается из проволоки диаметром 0,3 - 0,5 мм (чистая платина и сплав платины 90% и родия 10%). Работает если T0накала = 100°С, а свободного 0°С, тогда термо-эдс ≈ 0,64 ± 0,03 В.

Для измерения низких температур в диапазоне от 200 до 350°С делают хромедь-алюминевую пару (ТХА), эдс≈40 мкВ/°С

Эффект Пельтье (1834, француз).

Он обнаружил, что при прохождении через контакт двух различных проводников электрического тока в зависимости от его направления помимо джоулевой теплоты выделяется или поглощается дополнительная теплота, т.е. это эффект обратный эффекту Зеебека.

В отличие от джоулевой теплоты, которая пропорциональна квадрату тока, теплота Пельтье пропорциональна первой степени тока и меняет знак при изменении направления тока.

Рисунок 3.9 - Электрическая цепь из двух разнородных материалов

Если создать электрическую цепь из двух разнородных материалов, через которое пропустить ток I (его направление выбрано согласно термотока на рисунке 3.9) при условии Т1>T2, то слой А, который имел большую температуру при эффекте Зеебека, будет охлаждаться, а слой В - нагреваться. При изменении направления I’ слой А будет нагреваться, а слой В - охлаждаться.

Так как электроны по разную сторону слоя обладают разной средней энергией (полной кинетической плюс потенциальной). Если электроны пройдут через слой В и попадут в область с меньшей энергией, то избыток своей энергии они отдадут кристаллической решетке и слой будет нагреваться. В слое А электроны переходят в область с большей энергией, забирая теперь недостающую энергию у кристаллической решетки, и слой будет охлаждаться. Это явление используется в термоэлектрических холодильниках (созданы в 1954 Иоффе), в электронных приборах.

Эффект Томсона (1856, Кельвин).

Исследуя термоэлектрические эффекты, пришел к заключению, что при прохождении тока по неравномерно нагретому проводнику должно происходить дополнительное выделение (поглощение) теплоты аналогичной теплоте Пельтье.

Т.е. он подтвердил теорию Томсона и дал практическое объяснение - так как в более нагретой части проводника электроны имеют большую среднюю энергию, чем в менее нагретой, то, двигаясь в направлении убывания Т°, они отдают часть своей энергии решетке, в результате чего происходит выделение теплоты Томсона.

Контрольные вопросы к теме 3

Пояснить зависимость сопротивления металлов от температуры.

Дать понятие сверхпроводимости металла и пояснить от чего и как они зависят?

Указать виды электронной эмиссии и особенности термоэлектронной эмиссии.

Сущность эффекта Джозефсона.

Пояснить сущность эффекта Зеебека, Пельтье.

Интересное из раздела

История появления полупроводниковых интегральных схем
сентября 1958 года сотрудник фирмы Texas Instruments (TI) Джек Килби продемонстрировал руководству три странных прибора - склеенные пчелиным воском на стеклянно ...

Утечка речевой информации по волоконно-оптическим линиям
На смену медным проводам постепенно приходят волоконно-оптические линии связи. Они обеспечивают большую пропускную способность, они долговечнее. Однако, ...

Организация аудиовидеконференцсвязи
В настоящее время технологии видеоконференцсвязи находятся в стадии динамичного развития во всех, без исключения, развитых странах мира. Преимущества компью ...