Эффект Пельтье

Пельтье экспериментально обнаружил изменение температуры контакта двух кристаллических решеток (двух металлов) при пропускании постоянного тока. На общем фоне выделения тепла, согласно закону Джоуля – Ленца, одни спаи дополнительно нагревались, а другие – охлаждались. Рассмотрим это явление с физической точки зрения. Пусть электрическое поле направлено слева направо внутри системы кристаллов 1-2-3 (рис.8.14).

Уровни Ферми различны в различных кристаллических решетках. При переходе электрона из кристаллической решетки с большим уровнем Ферми в кристаллическую решетку с меньшим уровнем Ферми происходит выделение теплоты , т.к. электрон отдает излишек энергии кристаллической решетке. При переходе в обратном направлении происходит поглощение теплоты , т.к. энергия электронов повышается за счет энергии колебаний атомов кристаллической решетки.

Эффект Пельтье обратим: при пропускании тока в обратном направлении нагреваемый и охлаждаемый спаи меняются ролями.

Из сказанного ясно, что количество выделившегося (поглощенного) тепла пропорционально заряду, перешедшему границу раздела:

, (8.40)

где – коэффициент Пельтье.

Коэффициент Пельтье () определяется разностью уровней Ферми и достигает максимального значения для зоны контакта p-n - перехода полупроводников.

Эффект Пельтье нашел практическое применение для создания полупроводниковых холодильников, используемых главным образом в приборостроении.