Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 [6] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

концентрация электронов проводимости остается на постоянном уровне, а электропроводность по мере увеличения температуры уменьшается, пока при некотором значении Т > не наступит собственная проводимость *.

В случае дырочного полупроводника, если акцепторные уровни еще не насыщены электронами, при относительно низких температурах преобладает примесная проводимость. Однако при достижении некоторой температуры Т акцепторные уровни уже не могут отбирать электроны, и собственная проводимость становится преобладающей.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗШШЕКТЫ

Термоэлектрические процессы обусловливаются тремя термоэлектрическими эффектами: Зеебека, Пельтье и Томсона, которые обратимы и связаны друг с другом. Одновременно в термоэлектрических устройствах имеют место и необратимые процессы: теплопроводность, обусловленная перепадом температур на слое материала, и процесс выделения тепла Джоуля. Эти явления объясняются тем, что термоэлектрические процессы, в результате которых возникает электрический ток или которые являются результатом прохождения электрического тока по термоэлектрической цепи, сопровождаются обычными процессами, имеющими место в теплообменных аппаратах и электрических цепях.

Эффект Зеебека

Эффект Зеебека, названный именем немецкого физика, был открыт и исследован им в 1822 г., однако неправильно объяснен и самим автором, и его современниками. Сущность эффекта Зеебека заключается в следующем.

Если составить электрическую цепь из нескольких, например трех, разнородных проводников и поддерживать на контакте А температуру Т, а на контакте В температуру Т, то при условии

Ф (в рассматриваемом случае Тг > Т) на концах цепи возникнет термоэлектродвижущая сила Е, а при замыкании цепи в ней обнаруживается электрический ток (рис. 3).

Термоэлектродвижущая сила на концах разомкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, при указанных выше условиях может быть определена по формуле

j asdTe, (14)

g этому классу веществ, называемых полуметаллами, и принадлежит ьшинство термоэлектрических материалов. {Прим. науш. ред.)



где cts = cts (Т) - коэффициент дифференциальной термоэлектродвижущей силы (термоэдс), мкв/град. Коэффициент термоэдс (в зарубежной литературе часто именуемый коэффициентом Зеебека) зависит главным образом от физических свойств рассматриваемого материала и для большинства металлов, полупроводников и изоляторов представляет собой величину, отличную от нуля. Величина коэффициента термоэдс, как правило, является функцией температуры, хотя при небольших разностях температур АГ = Тг - Тх для упрощения можно считать as равным его некоторому среднему значению в интервале от до Т,.

Если термоэлектрическая цепь составлена из материалов с одинаковым типом проводимости, их термоэдс оказываются противоположно направленными и

ccsp = ocsp, - ccsp, мкв/град


w/y/A\\\\\\\\\\\\W

Рис. 3. Диаграмма распределения температур по длине стержня, выполненного из разнородных проводников (полупроводников)

ccsn = ocsn, - asn, мкв/град.

где asp - коэффициент термоэдс дырочного полупроводника, мкв/град;

- коэффициент термоэдс электронного полупроводника, мкв/град.

Если материалы ветвей термоэлемента имеют различный тип проводимости, их термоэдс суммируются:

«s = ttsp + «sn мкв/град.

Таким образом, наличие пары материалов с электронным и дырочным коэффициентами термоэдс усиливает эффект. Поэтому, как правило, термоэлемент состоит из ветвей р- и п-типов.

Естественно, что в термоэлектрической цепи, составленной из последовательно соединенных пар дырочных и электронных полупроводников, суммарная термоэдс



Эффект Пельтье

Эффект Пельтье был открыт, хотя и неправильно истолкован, французским часовщиком Пельтье *, который в 1834 г. опубликовал описание этого явления. Физический процесс, получивший по имени автора название эффекта Пельтье, заключается в следующем.

Если через два стержня, состоящих из разнородных проводников или полупроводников, находящихся в электрическом контакте друг с другом, пропустить постоянный электрический ток, то в зоне контакта произойдет выделение или поглощение некоторого количества теплоты в зависимости от направления тока (рис. 4).

у / / /

Рис. 4. Схема, иллюстрирующая процесс поглощения (выделения) теплоты Пельтье в зоне контакта разнородных материалов при прохождении тока

Величина этой теплоты, называемой теплотой Пельтье, зависит от величины тока и времени его прохождения. Количество теплоты Пельтье, выделяющейся или поглощаемой в месте контакта за единицу времени, может быть определено по формуле

Qn = П/-10

(16)

где П - коэффициент Пельтье, мкв\ I - величина тока, а. Таким образом, коэффициент Пельтье зависит от температуры зоны контакта. В отношении знака теплоты Пельтье (поглощение или выделение теплоты) можно отметить, что если направление тока совпадает с термотоком, который возник бы при нагревании места контакта, то теплота Пельтье поглощается. Если же направление тока противоположно термотоку, то теплота Пельтье выделяется.

В случае цепи, составленной из дырочного и электронного материалов, направление тока от дырочного полупроводника к электронному обусловливает выделение теплоты Пельтье в месте контакта. При противоположном направлении тока теплота Пельтье поглощается.

* Правильное физическое толкование эффекта Пельтье бьио дано в 1838 г. русским ученым Э. X. Ленцем, который доказал, что эффект Пельтье заключается агревании или охлаждении спаев при прохождении по цепи постоянного тока.



0 1 2 3 4 5 [6] 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93



0.0015