Термоелектрически ефекти на Зеебек, Пелтие и Томсън

Работата на термоелектрически хладилни машини и генератори се основава на термоелектрически явления. Те включват ефектите на Зеебек, Пелтие и Томсън. Тези ефекти са свързани както с превръщането на топлинната енергия в електрическа, така и с преобразуването на електрическата енергия в студена.

Термоелектрическите свойства на проводниците се дължат на връзките между топлинните и електрическите потоци:

• Ефект на Зеебек — поява термо-ЕМП във верига от неравномерни проводници, при различни температури на нейните участъци;
• Ефект на Пелтие — поглъщане или отделяне на топлина при контакт на два различни проводника, когато през тях преминава постоянен електрически ток;
• Ефект на Томсън — поглъщане или освобождаване на топлина (супер -Джоул) в обема на проводник при преминаване през стълб, електрически ток в присъствието на температурен градиент.

Ефектите на Зеебек, Пелтие и Томпсън са сред кинетичните явления. Те са свързани с процесите на движение на заряд и енергия, затова често се наричат ​​трансферни явления. Насочените потоци от заряд и енергия в кристал се генерират и поддържат от външни сили: електрическо поле, температурен градиент.

Насочен поток от частици (по -специално носители на заряд — електрони и дупки) също възниква при наличието на концентрационен градиент на тези частици. Самото магнитно поле не създава насочени потоци от заряд или енергия, но влияе на потоците, създадени от други външни влияния.

Зеебеков ефект

Ефектът на Зеебек е, че ако в отворена електрическа верига, състояща се от няколко различни проводника, един от контактите поддържа температурата T1 (горещо съединение), а другият температура T2 (студен кръстовище), тогава при условие T1 не е равен на T2 в краищата на веригата се появява термоелектромоторна сила Е. Когато контактите са затворени, във веригата се появява електрически ток.

Зеебеков ефект:

При наличието на температурен градиент в проводника, топлинният дифузионен поток от носители на заряд възниква от горещия край към студения край. Ако електрическата верига е отворена, тогава носителите се натрупват в студения край, зареждайки я отрицателно, ако това са електрони, и положително в случай на проводимост на дупката. В този случай некомпенсиран йонно зареждане остава в горещия край.

Полученото електрическо поле забавя движението на носачите към студения край и ускорява движението на носителите към горещия край. Неравновесната функция на разпределение, образувана от температурния градиент, се измества под действието на електрическото поле и се деформира до известна степен. Полученото разпределение е такова, че токът е нула. Силата на електрическото поле е пропорционална на температурния градиент, който го е причинил.

Стойността на коефициента на пропорционалност и неговият знак зависят от свойствата на материала. Възможно е да се открие електрическото поле на Зеебек и да се измери термоелектромоторната сила само във верига, съставена от различни материали. Разликите в потенциалните контакти съответстват на разликата в химичните потенциали на материалите, които влизат в контакт.

Ефект на Пелтие

Ефектът на Пелтие е, че когато постоянният ток преминава през термоелемент, състоящ се от два проводника или полупроводника, определено количество топлина се освобождава или абсорбира в контактната точка (в зависимост от посоката на тока).

Когато електроните преминават от материал от тип р към материал от тип n през електрически контакт, те трябва да преодолеят енергийна бариера и да вземат енергия от кристалната решетка (студено съединение) за това. Обратно, когато преминават от материал от тип n към материал от тип p, електроните даряват енергия към решетката (горещо съединение).

Ефект на Пелтие:

Томсънов ефект

Ефектът на Томсън е, че когато електрически ток протича през проводник или полупроводник, в който се създава температурен градиент, в допълнение към топлината на Джоул, се отделя или абсорбира определено количество топлина (в зависимост от посоката на тока).

Физическата причина за този ефект е свързана с факта, че енергията на свободните електрони зависи от температурата. Тогава електроните придобиват по -висока енергия на горещото съединение, отколкото на студения. Плътността на свободните електрони също се увеличава с повишаване на температурата, в резултат на което има поток от електрони от горещия край към студения край.

Положителният заряд се натрупва в горещия край, а отрицателният в студения. Преразпределението на зарядите предотвратява потока на електрони и при определена потенциална разлика го спира напълно.

Гореописаните явления протичат по подобен начин при вещества с проводимост на дупките, с единствената разлика, че отрицателен заряд се натрупва в горещия край, а положително заредените дупки в студения край. Следователно при вещества със смесена проводимост ефектът на Томсън се оказва незначителен.

Томсънов ефект:

Ефектът на Томсън не е намерил практическо приложение, но може да се използва за определяне на вида на примесната проводимост на полупроводниците.

Практическо използване на ефектите на Зеебек и Пелтие

Термоелектрически явления: Ефекти на Зеебек и Пелтие — намират практическо приложение в без машинни преобразуватели на топлинна енергия в електрическа — термоелектрически генератори (TEG), в термопомпи — охлаждащи устройства, термостати, климатици, в измервателни системи и системи за управление като температурни сензори, топлинен поток (виж — Термоелектрически преобразуватели).

В основата на термоелектрическите устройства са специални полупроводникови елементи-преобразуватели (термоелементи, термоелектрически модули), например, като TEC1-12706. Прочетете повече тук: Елемент Пелтие — как работи и как да проверите и свържете