Вопрос 24. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления Зеебека и Пельтье

Контактная разность потенциалов (КРП). Установлено, что если образцы металлов привести в контакт в указанной последовательности < Al,Zn,Sn,Pb,Sb,Bi,Hg,Cu,Ag,Au,Pt,Pd ряд Вольта >, то каждый предыдущий при соприкосновении с одним из следующих металлов зарядится положительно. При дальнейшем рассмотрении было установлено следующее:

1.Контактная рaзнoсть потенциалов зависит лишь от химического состава и температуры соприкасающихся металлов.

2. КРП последовательно соединённых различных проводников, находящихся при одинаковой температуре, не зависит от химич. состава промежуточ. проводников, а равна КРП, возникающей при непосредственном соединении крайних проводников.

3.Наблюдается внутренняя и внешняя КРП. Для объяснения явлений КРП, в основном, используются представления зонной теории проводимости. Однако, наиболее общие черты различия внутренней и внешней КРП формулируются относительно просто. В металлах или их сплавах могут не совпадать величины работ выхода А ₁ и А ₂ ¾ это свойства каждого из металлов в отдельности. Т.е., для электронов в точках вблизи поверхности потенциальные энергии оказываются различными и, следоват-но, между этими точками должна устанавливаться разность потенциалов, называемая внешней КРП В квантовой теории доказывается, что причиной возникновения внутренней КРП является различие концентраций электронов в контактирующих металлах. Внутренняя КРП возникает в двойном электрич. слое, к-рый образуется в приконтактной поверхностной области и представляет из себя контактный слой. Его толщина составляет ~10^-10 м, т.е., сравнима с расстояниями между ионами в узлах кристаллич. решётки материала. Ток ч/з контактный слой металлов происходит так же легко, как и ч/з металлы, и не дает эффекта выпрямления. Эффект выпрямления электрич. тока всегда связан с односторонней проводимостью.

Явление Зеебека. Если температуры в местах контактов разные, различна для спая тех же материалов и величина КРП. В цепи, образованной проводниками из разных металлов, тогда м-т возникнуть электрич. ток, и это явление назвали термоэлектричеством. Явление термоэлектричества открыто в 1821 г. Зеебеком, к-рый его подробно исследовал (им, однако, было дано неверное объяснение его причин). Зеебеком обнаружено возникновениe ЭДС в замкнутой цепи, образованной спаями 1 и 2 двух разных металлов А и В. Её величина зависела от разности температур спаев  a(Т ₂- Т ₁), параметр a называют удельной термоэдс данной пары металлов или полупроводников. Для большинства металлов a~ 10^-5…10^-4 В/К, для полупроводников же значения a могут достигать ~1.5 10^-3 В/К.

ü Явление Зеебека используется для измерения температуры с помощью устройств, называемых термопарами. Один спай термопары поддерживают при постоянной температуре, другой помещают в тот объём, температуру к-рого необходимо измерить. О величине температуры судят по величине силы возникающего термотока. С помощью термопар возможны измерения до сотых долей градуса.

  В явлении Пельтье обнаруживается, что при прохождении тока ч/з контакт двух различных проводников в зависимости от направления тока выделяется или поглощается дополнительная теплота (т.е., это явление обратно по отношению к явлению Зеебека). В отличие от джоулевой теплоты эта теплота Q _AB пропорциональна 1-ой степени температуры: Q _AB = P _AB× q = P _AB× it (здесь P _AB - удельная по отношению к прошедшему заряду q теплота Пельтье), и меняет знак при изменении направления тока. Кратко явление интерпретируют так. Электроны по разные стороны спая обладают различной средней энергией. Если эл-ны при переходе ч/з спай попадут в области с меньшей энергией, то избыток своей энepгии они отдадут кристаллич. решетке и спай будет нагреваться. В обратной ситуации, т.е., в области с большей энергией, поток электронов будет «забирать» недостающую энергию у кристаллич. решётки, спай же будет охлаждаться. Явление Пельтье используется в термоэлектрич. полупроводниковых холодильниках.