Термоелектрическиефект

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направокъмнавигацията Направокъмтърсенето

ЕфектътнаПелтие-Зеебек,илиощетермоелектрическиефект,едиректнотопреобразуваненатемпературнитеразликивелектрическонапрежениеиобратно。

СвързанитеефектисаефектанаТомсъниефектанаДжаул-Ленц.ЕфектътнаПелтие——ЗеебекиефектътТомсънсаобратими(ефектътнаПелтиееобратеннаефектанаЗеебек)。Ефектът на Джаул-Ленц (Закон на Джаул-Ленц)е необратимо явление споредзаконитенатермодинамиката

ЕфектнаЗеебекредактиране|редактираненакода

ЕфектнаЗеебексенаричапреобразуванетонатемпературнитеразликидиректновелектричество.Тозиефектзапървипътеоткритслучайноотгерманско——естонскияфизикТомасЙоханЗеебекпрез1821,койтооткрил,чемеждудватакраянаметалнапръчкасепоявяванапрежение,когатовнеясъществуватемпературнаразликаΔT

Тойсъщотакаоткрил,чемагнитнатастрелкасеотклонява,акосеприближидозатворенконтур,образуванотразличнидваметаластемпературнаразликамеждумястотонасъединениетоимикраищатаимм(ястотонаизмерване)。Причинатае,чеметалитереагиратразличнонатемпературнитеразлики,създадениоттозиконтур,койтопроизвеждамагнитнополе。

Ефектъте,чеприналичиетонатемпературнаразликамеждудваразличниметалаилиполупроводницисесъздаванапрежениеилитермоелектричнаЕДС.Товапредизвиквапротичанетонапостоянентоквконтура。Създаденото напрежение е от порядъка на няколкомикроволтаза един градус Целзий температурна разлика。

Вконтура:

珀尔帖效应circuit.svg

(койтоможедабъдевняколкоразличниконфигурацииидабъдеописвансъссъщитеуравнения),полученотонапрежениеможедабъдепредставенокато:

年代一个年代BсакоефициентинаЗеебек(същотаканареченитермоелектрическамощностилитермомощност)наметалитеАиБ,аT1иT2са температурите на двете съединения。КоефициентитенаЗеебекнесалинейниизависятотабсолютнататемпературанапроводника,материалаимолекулярнатамуструктура。АкокоефициентитенаЗеебексапрактическипостояннизаизмерваниятемпературенобхват,горнатаформуламожедасепреобразував:

Тазитермодвойкаизмерваразликатавпотенциалит,епредизвиканиотразличнитепроводници。Тяможедабъдеизползваназаизмерваненатемпературнаразликадиректно,илидасеизмерваеднаабсолютнатемпература,установявайкиединиякрайведнаизвестнатемпература。Няколкопоследователнитермодвойкисенаричаттермоелектриченгенератор。

Това също е принципа на работа на термодиодите итермоелектрическитегенератори(радиоизотопнитетермоелектрическигенератори),използванизасъздаванетонаелектрическамощностотразликатавтемпературите。

Ефектът на Зеебек се дължи на два ефекта:电荷载体扩散声子拖

Термичнамощностредактиране|редактираненакода

Термичнатамощност,илитермоелектрическамощност,иликоефициентнаЗеебекзаединматериалотчитаотношениетонаиндуциранототермоелектрическонапрежениекъмтемпературнатаразлика。Термоелектрическата мощност се измерва в

Терминъттермомощностсеизползванеправилно,тъйкатоотчитанапрежениетонаедноелектрическополен(еелектрическамощност)предизвиканооттемпературнаразлика。Приложенататемпературнаразликапредизвиквадвижениеназаредениносителивматериала,билитеелектрониили”дупки”,коитопреминаватоттоплиякрайкъмстудения——процесмногонапомнящпроцеситевразширяващсегазследствиенагряване。Подвижнитезаредениносители,преминаващивстудениякрайоставатследсебесипротивоположнозаредениинеподвижниядравтоплиякрай,коетопредизвикваповишаваненатермоелектрическотонапрежениет(ермоелектричествотоседължинасъздаденотонапрежениеоттемпературнатаразлика)。Увеличаванетоназареденитеносителинастудениякрайвединмоментпреставапринякаквамаксималностойност,вследствиеналичиетонаеднаквоколичествоназаредениносителидвижещисеобратнокъмтоплиякрайет。имамеравновесие。Самоеднонарастваневтемпературнатаразликаможедаподновинарастванетоназаредениносителикъмстудениякрайисъответнотоваводидоувеличаваненатермоелектрическотонапрежение。

Термоелектрическатамощностнаединматериал,представенакато,зависиоттемпературатанаматерила,икристалнатамуструктура。Обикновенометалитеиматмалкатермоелектрическамощност,порадитовачевповечетовалентнатазонаизонатанапроводимосттасезастъпват。Електроните(отрицателнитезаряди)идупките(положителните)заедноучастватвиндуктиранототермоелектрическонапрежениепротиводействайкиси,катопотозиначингоправяттвърдемалко。,пОбратнориполупроводницитеможедаиманеравновесиенаелектрониилидупкиипотозиначиндаимаголемиположителниилиотрицателнистойностинатермоелектрическамощностзависещаотзаряданапреобладаващитеносители。Знаканатермоелектрическатамощностопределякоизарядипреобладават。

Акотемпературнатаразликамеждудватакраянаматериалаемалка,тогаватермоелектрическатамумощностсеопределятака:

Впрактикатарядкоможедасеизмериабсолютнататермоелектрическамощностнаинтересуващияниматериал。Товаседължинафакта,чеелектродитесвързаникъмединволтметъртрябвадабъдатсвързанивсамияматериалзадаизмерятфактическотомутермоелектрическонапрежение。Нормалнообачетоваеневъзможноикъм”сметката”седобавяитермоелектричнотонапрежениевдопълнителнитеконтактнизони。Сбораотдватаматериалаобикновеносенаричатермодвойка。

Следователноизмеренататермоелектрическамощностсеполучавасучастиетоинадватаматериалаиможедабъдеизразенатака:

Свръхпроводницитеиматтермоелектрическамощностравнананула。Товапозволявадиректноизмерваненаабсолютнататермоелектрическамощностнаинтересуващияниматериал,понежетяемощносттанацялататермодвойка。Вдопълнение,едноизмерваненакоефициентанаТомпсън,,наединматериалможесъщодаизведетермоелектрическатамощностчрезследнатавръзка:

Термоелектрическатамощностеваженпараметърнаматериалитепоказващефективносттанатермоелектическияматериал。П——гоолямотоиндуктиранонапрежениезададентемпературенкласматериалщедоведедопо——голямаефикасност。Видеалнияслучаймногомалкатемпературащеводидоголямоиндуктиранонапрежение。

Движениеназарядитередактиране|редактираненакода

Термоелектрическиохладител
Термоелектрическигенератор

Зарядитевматериалите(електронитевметала,електрониидупкивполупроводниците,йонивйонизиранитепроводниц)ищесепреместят,когатоединиякрайнапроводникаесразличнатемпературавсравнениесдругия。Горещитезарядисепреместватотгорещиякрайкъмстудения,тъйкатотамимапо——нискаплътностнагорещиносители。Студенитеносителипреминаватотстудениякъмгорещиякрайпосъщатапричина。

Акопроводникбъдеоставендадостигнетермодинамичноравновеси,етоплинатащесеразпространинавсякъдеравномерновпроводника。Движениетонатоплината(подформатанатоплозаредениносители)отединиякрайдодругиясенаричатоплиненпоток。Понежезареденитеносителиседвижаттовасъщоеиелектрическиток。

Всистема,вкоятодватакраясаспостояннатемператураимамепостояненравномеренпотокнатоплинниносители。Обач,етозипотокнееабсолютноравномеренпорадиналичиетоначастициотдругиматериали,нееднаквостнастурктурата,ивибрациинакристалнатарешетка(фонони)。Акоразпръскванетоеенергийнозависимо,топлитеистуденитеносителищеседвижатсразличнискорости。Товасъздаваразличнаплътноствединиякрайнаматериала,аразстояниетомеждуположителнитеиотрицателнитезарядищепредизвикапотенциалнаразлика-електростатичнонапрежение。

Електрическотополе,обачесепротивопоставянанеравномернотодвижениенаносителите,ивединмоментщенастъпиравновесиезащотоносителитепородениотелектрическотополещесеизравнятстезипородениоттемпературнатаразлика。

ТипичнитетермоелектрическиустройствасаструктурираникатотипPитиNпполупроводниковиелементисвързанипомеждусиспроводниккактоепоказанонакартинкитепод——олу。Токъттечепрезnелемента,пресичапрезпроводникадpеолемента。Акоимамеизточникнаенергия,термоелектрическотоустройствоможедаработикатоохладител。Електронитевnелементащесепридвижатвпротивоположнапосоканатокаидупкитевpелементащесепридвижатвпосоканатока,такачеивдватаслучаящесепремахнетоплинатаотединиякрайнаустройството。Акоимамеизточникнатоплина,устройствотоможедазаработикатоелектрическигенератор。Топлиннияизточникщезадвижиелектронитеотnелементакъмнай——студенотомясто,товащесъздадетоквпроводника。Дупкитевpелементащесезадвижатведнапосокастока。Тозитокможедасеизползвазадазахранитовар,коетощепреобразуватоплиннатаенергиявелектрическа。

Влияниенафононитередактиране|редактираненакода

Фононите не винаги са в термично равновеси;движениетоимварира。Тегубяткинетичнаенергияпривзаимодействиеселектрони(илидругиносители),асъщоизарадинесъвършенствонакристала。Аковзаимодействиетомеждуфононииелектронидоминира,фононитещесестремятдаизбутателектронитекъмкраянаматериалазагубвайкипотозиначининерциятаси。Товадопълнителнодопринасязасъществуващототермоелектрическополе。Товавзаимодействиепо——важновтемпературниобласти,къдетоелектрон-фононнотоизблъскванеепреобладаващо。Това се случва при:

къдетоθDетемпературанаПитърДебиет(емпературанаДебай)。Припо——нискитемпературиимапо——малкосвободнифонони,априпов——исокитемпературифононитегубятинерцияприсблъсъцисдругифонони。

Вмагнитнополетезивзаимодействиясеразличават。

ЕфектнаПелтиередактиране|редактираненакода

ЕфектътнаПелтиееобратеннаефектанаЗеебеск——ъздаваненатемпературнаразликаотелектрическонапрежение。

Ефектътсепроявява,когатотокпреминепрездваразлични(посъстав)металаилиполупроводника。Токътзадвижвапотокоттоплинаотединияметалкъмдругия:единиятсеохлажда,адругиятсенагрява。Ефектът се използва по-често за охлаждане。Ефектът е бил открит през 1834 г。отЖанПелтие13годиниследпървоначалнотооткритиенаЗеебек。

珀尔帖效应circuit.png

Припротичаненатокпрезверигататоплината,излъченаотгорнотосъединение(T2), се поема от долното(在T1).Топлината,поетаотдолнотосъединениезаединицавремееравнана:

където Π е коефициентът на Пелтие ΠABна цялата термодвойка, а Π一个иΠBса коефициентите на всеки един материал。P -силицияттипичноимаположителенПелтие-коефициент(до550К),аN -силициятетипичноотрицателен,кактоподсказватибуквичкитенатипа。

КоефициентътнаПелтиепоказваколкотоплиненпотокепренесензаединицазарядпрездаденматериал。

Понежезаряднияттоктрябвадаенепрекъснатпрезмястотонасвързван,есвързанияттоплиненпотокщепредизвикапрекъсване,акоΠ一个иΠBсаразлични。Товапредизвикваразличноотнулаотклонениевсъединениетоитакатоплинататрябвадасенатрупаилиизчерпитамвзависимостотзнаканатока。Другначиндаразберемкактозиефектможедаохладисъединениетоедазабележимтова,чекогатоелектронитетекатотрегионсвисокаплътносткъмобластснискаплътност,тесеразширяват(кактоприидеаленгаз)иохлажда。

Едноинтересноследствиенатозиефекте,чепосокатанатоплиннияпотокеконтролиранаотпосокатанатока。

Охладител-отоплителнаПелтиеилитермоелектрическатоплиннапомпаеполупроводниковаактивнатоплиннапомпа,коятопренасятоплинатаотединиякрайнаедноустройствододругия。Охладителят на Пелтие е наричан също итермоелектрическиохладител

ЕфектнаТомсънредактиране|редактираненакода

Ефектът на Томсън, наречен наУилямТомсън(ЛордКелвин),описвазатоплянетоилиохлажданетонатоконосещпроводникведнатемпературнаобласт。

Всекитакъвпроводник。стемпературнаразликамеждудветочки,щепоглъщаилиотдаватоплинавзависимостотматериала。

Ако ток с дадена плътностJпреминавапрезеднороденпроводник,топроизведенатавнеготоплиназаединицаобеме

където:

ρеспецифичнотосъпротивлениенаматериала

dT/dxизменениетонатемпературата

μе коефициента на Томсън。

ПървияизразJρ²епростозатоплянетонаДжаул网址:който не е обратимо。

ВторияизразетоплинанаТомсън,койтосисменязнакакогатоJсисменизнака。

Вметаликатонапримерцинкимед,коитоиматединпо——топълкрайспов——исокпотенциалиединпо——студенкрайспо——нисъкпотенциал,когатотокаседвижиотпо——топлиякъмпо——студениякрай,тойседвижиотпов——исокиякъмпо——нискияпотенциал,такачеимаизлъчваненаенергия。Товасенаричаположителен ефект на Томсън

Вметаликатокобалт,никелижеляз,окоитоиматпо——студенкрайипов——исокпотенциалипо——топълкрайприпо——нисъкпотенциал,тамимапоглъщаненаенергия。Товасенаричаотрицателен ефект на Томсън

Взаимовръзки при ефекта на Томсънредактиране|редактираненакода

ЕфектътнаЗеебеквсъщностекомбинацияотефектанаТомсъниефектанаПелтие。Всъщност, в 1854 г。Томсъноткрилдвевзаимовръзки,вднешниднинаричанивзаимовръзкинаТомсънилиКелвин,междусъответнитекоефициенти。АбсолютнататемператураT网址:коефициента на Пелтиеи коефициента на Зеебек年代са свързани с първата зависимост на Томсън

коитопредсказалиефектанаТомсънпредиощедабъдеофициалнооткрит。Те са свързани с коефициента на Томсънот втората зависимост на Томсън

Патентиредактиране|редактираненакода

Източнициредактиране|редактираненакода

  • 贝桑松,罗伯特·M . .《物理百科全书》第三版。范诺斯特兰德莱茵霍尔德公司,1985年。ISBN 0-442-25778-3
  • 热电手册:宏观到纳米。泰勒和弗朗西斯,2006年。ISBN 0-8493-2264-2
  • 约飞,A.F . .半导体热元件和热电冷却。Infosearch有限,1957年。ISBN 0-85086-039-3

Външнипрепраткиредактиране|редактираненакода

Общиредактиране|редактираненакода

Полупроводнициредактиране|редактираненакода

Металиредактиране|редактираненакода

Свързаниредактиране|редактираненакода

КриейтивКомънс-Признани——СеподеляненасподеленотоЛиценз за свободна документация на ГНУ Тази страница частично или изцяло представлявапреводнастраницата“热电效应”в Уикипедия на английски。Оригиналнияттекст,кактоитозипревод,сазащитениот“КЛицензариейтивКомънс-Признание——Споделяненасподеленото”,азасъдържани,есъздаденопредиюни2009година-отЛиценза за свободна документация на ГНУ.Прегледайтеисториятанаредакциитена оригиналната страница, както инапреводнатастраница.Вижтеизточницитенаоригиналнатастатия,състояниетоѝприпреводаисписъканасъавторите。