Термоэлектрические явления

Эффекты (явления)в полупроводниках

Термоэлектрические явлен ия — совокупность физических явлений, обусловленных взаимосвязью между тепловыми и электрическими процессами в металлах или полупроводниках

 

 

К термоэлектрическим

явлениям относятся:

 

· Эффект Томсона

· Эффект Пельтье

· Эффект Зеебека

 

 

Гальваномагнитные явления — совокупность физических явлений, обусловленных взаимосвязью между магнитными и электрическими процессами в металлах и полупроводниках

 

К гальваномагнитным – эффект Холла

 

Термоэлектрические явления

Эффект Томсона открыт В. Томсоном в 1856г :

если в проводнике (полупроводнике) с током существует перепад температур, то дополнительно к теплоте, выделяемой в соответствии с законом Джоуля — Ленца, в объёме проводника (полупроводника) будет выделяться или поглощаться дополнительная теплота Томсона.

 

Количество теплоты Томсона пропорционально силе тока, времени и перепаду температур, зависит от направления тока.

 

Выделение и поглощение тепла Томсона в электронном полупроводнике

Выделение и поглощение тепла Томсона в дырочном полупроводнике

 

Таким образом, вещество нагревается, когда поля E и E ' противоположно направлены, и охлаждается, когда их направления совпадают.

В общем случае, количество тепла, выделяемое в объёме dV, определяется соотношением:

dQ^T ,

где τ — коэффициент Томсона

Эффект Томсона, как и другие термоэлектрические явления, имеет феноменологический характер.

Эффект Томсона не имеет технического применения, однако его необходимо учитывать в точных расчетах термоэлектрических устройств.

 

 

Эффект Пельтье — процесс выделения или поглощения тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников (полупроводников). Величина выделяемого тепла и его знак зависят от вида контактирующих веществ, силы тока и времени прохождения тока, то есть количество выделяемого тепла пропорционально количеству прошедшего через контакт заряда:

dQ ₁₂ = P ₁₂ Idt = − dQ ₂₁

Выделение тепла Пельтье на контакте полупроводников р и n - типа

 

Поглощение тепла Пельтье на контакте полупроводников р и n – типа

,

где R - сопротивление участка термоэлектрода длины l, на котором происходит выделение тепла;

ρ- удельное электросопротивление

 

Коэффициент Пельтье, определяющий количество тепла Пельтье, выделяющегося на контакте, зависит от природы контактирующих веществ и температуры контакта.

Эффект Пельтье, как и другие термоэлектрические явления имеет феноменологический характер.

 

Эффект Пельтье в полупроводниках используется для термоэлектрического охлаждения и подогрева, что находит практическое применение при термостатировании и в холодильных устройствах.

 

 

Эффект Зеебека — явление возникновения ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах

 

Возникновение эффекта Зеебека вызвано несколькими составляющими:

· различной зависимостью средней энергии электронов от температуры в различных веществах (объемная эдс);

· различной зависимостью от температуры контактной разности потенциалов (контактная эдс).

,

Где F-энергия Ферми, q_е- заряд электрона