Термоэлектричество. Эффект Зеебека

Опубликовано 13.02.2010 Ведущий Евгений Глазков

Термоэлектричество - явление прямого преобразования теплоты в электричество в твердых или жидких проводниках, а также обратное явление прямого нагревания и охлаждения спаев двух проводников проходящим током. Термин "термоэлектричество" охватывает три взаимосвязанных эффекта: термоэлектрический эффект Зеебека и электротермические эффекты Пельтье и Томсона. Среди них наиболее известен и широко применяется эффект Зеебека, открытый в 1821 году. Эффект Зеебека заключается в возникновении электродвижущей силы ЭДС (термоЭДС) в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, если места контактов поддерживают при разных температурах. В простейшем случае, когда электрическая цепь состоит из двух различных проводников (М1 и М2), она называется термоэлементом или термопарой, а ее ветви - термоэлектродами. При различной температуре контактов в замкнутой цепи возникает ток, называемый термоэлектрическим, причем изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления термотока. Величина термоЭДС зависит только от температур горячего T1 и холодного T2 контактов и от материала проводников. Зависимость термоЭДС от температуры определяется следующими формулами (ПАУЗА). Но в небольшом интервале температур термоЭДС Е можно считать пропорциональной разности температур T1 и T2.
Возникновение термоЭДС обусловлено тремя причинами:
температурной зависимостью наивысшего энергетического уровня, занятого электронами, что приводит к появлению контактной составляющей термоЭДС;
диффузией носителей заряда от горячего конца к холодному, определяющей объемную часть термоЭДС;
и воздействием на электроны звуковой волны, распространяющейся в кристалле.
Эффект Зеебека широко используется для измерения температур и для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую в термоэлектрических генераторах.