Термоэлектрические эффекты

Эффект Зеебека. В электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных полупроводников или полупроводника и металла, возникает ЭДС, если между концами этих материалов существует разность температур (рисунок 3.11).

 

 

Рис. 3.11. Схема термопары: Т₁ – температура свободных концов (холодный контакт).; Т₂ – температура горячего спая.

 

,

где Е _Т ― термоЭДС;

α _Т ― коэффициент термоЭДС;

Т _Г, Т _Х ― температура горячего и холодного концов.

Рассмотрим образование термоЭДС на примере однородного полупроводника. У горячего конца полупроводника свободных носителей зарядов больше, чем у холодного (электронов или дырок в зависимости от типа полупроводника). Носители зарядов у горячего конца полупроводника имеют более высокую энергию и скорость, чем у холодного. Поэтому носители заряда будут диффундировать от горячего конца к холодному. В результате концы полупроводника будут иметь заряды разного знака. Под действием образовавшейся разности потенциалов возникает перетекание зарядов между концами полупроводника. В установившемся режиме в электронных полупроводниках на холодном конце полупроводника образуется отрицательный заряд, а на горячем ― остаётся нескомпенсированный положительный. У дырочного полупроводника на холодном конце возникает положительный заряд. Таким образом, по знаку термоЭДС можно судить о типе электропроводности полупроводника.

ТермоЭДС полупроводников на два порядка больше, чем у металлов. В зависимости от типа полупроводника коэффициент термоЭДС у полупроводников р – типа α _Т > 0, у полупроводников n – типа α _Т < 0.

Термоэлектрический эффект Зеебека нашёл применение для создания термопар для дистанционного измерения температуры и термогенераторов для преобразования тепла в электричество.

 

Электротермический эффект Пельтье.

При прохождении тока через контакт двух разнородных полупроводников происходит поглощение или выделение теплоты в зависимости от направления тока.

,

где Q _П ― теплота Пельтье; П ― коэффициент Пельтье; I ― ток; t ― время прохождения тока.

Эффект применяют для создания микрохолодильников.