Тема 3 термоэлектрические явления

1) Термоэлектронная эмиссия. Работа выхода электрона.

2) Контактная разность потенциалов.

3) Термопара, термобатарея, термо ЭДС.

4) Явление Пельтье.

5) Применение термоэлектрических явлений в науке и технике.

1. Термоэлектронная эмиссия. Работа выхода электрона.

Внутри металлических проводников свободные валентные электроны двигаются хаотически по всему объему проводника, но свободно покинуть поверхность проводника не могут, т.к. вблизи поверхности проводника электроны, покинувшие проводник и сама поверхность проводника образуют объемные, связанные между собой заряды, противоположного знака, которые создают электрическое поле. Т.о. около поверхности проводника существует электрическое поле с разностью потенциалов (скачок потенциала). Электронам, покидающим поверхность проводника необходимо совершить работу в этом поле. (Работа выхода)

Выход электронов с поверхности проводника называется эмиссией. Если проводник нагревать, то скорость эмиссии увеличивается, такое явление называется термоэлектронной эмиссией.

2. Контактная разность потенциалов.

Контактная разность потенциалов возникает в месте плотного соприкосновения двух разнородных металлов. Возникает контактная разность потенциалов по двум причинам:

1) разная концентрация (n) электронов в металлах.

2) разная работа выхода электронов с поверхности металла.

- контактная разность потенциалов возникает в следствии того, что электроны легко покидают поверхность второго металла и переходят в первый.

3) Термопара, термобатарея, термо ЭДС.

Если два проводника САД и СВД соединить между собой, то получим термопару. Концентрация электронов во втором металле больше (п₂), чем в первом (п₁). В местах контактов С и Д образуются электрические поля. При равенстве температур этих контактов поля будут одинаковыми и тока в этих проводниках не будет.

Если место контакта С нагревать, то электроны получив дополнительную энергию, преодолевают сопротивление электрического поля в контакте С и двигаются по направленно к контакту Д. В контакте Д электроны разгоняются электрическим полем и свободно двигаются к контакту С.

Т.к. по проводнику идет ток, значит действует термо - ЭДС. Величина термо – ЭДС зависит от разности температур в местах контактов, чем больше разность, тем больше ЭДС.

Величина ЭДС и сила тока, получаемая от одной термопары, сравнительно невелика. Для того, чтобы увеличить силу тока и напряжение термопары соединяют между собой в батареи. При этом за счет последовательного соединения увеличивается ЭДС (напряжение), за счет параллельного сила тока. Такие термобатареи используются как источники ПОСТОЯННОГО ТОКА.

4. Явление Пельтье.

Если через термопару пропустить постоянный ток, то электроны, двигаясь направленно в контакте С попадают в тормозящее электрическое поле и их скорость и кинетическая энергия уменьшаются. Понижается и температура. В контакте Д электроны двигаясь направленно попадают в ускоряющее электрическое поле. Их скорость и кинетическая энергия увеличиваются, значит увеличивается и температура. Если через термопару пропускают ток, то один контакт будет нагреваться, а второй – охлаждаться. Это явление называется ЯВЛЕНИЕМ ПЕЛЬТЬЕ.

5. Применение термоэлектрических явлений в науке и технике.

1) Термоэлектронная эмиссия практически используется в тех случаях, когда необходимо получить ток в вакууме или направленный поток электронов – электронный луч. Например, в радиолампах, электроннолучевых трубках, кинескопах телевизоров.

2) Термопары используются для точного измерения высоких и низких температур, в качестве термо-датчиков и термореле.

3) Явление Пельтье используется для получения низких температур, например в мед.инструментах.