Явление Пельтье

Это явление заключается в том, что при протекании тока через цепь, составленную из разнородных металлов или полупроводников, в одних спаях происходит выделение, а в других – поглощение теплоты. Таким образом, явление Пельтье обратно явлению Зеебека.

Опытным путем установлено, что количество выделившейся или поглотившейся в спае теплоты пропорционально заряду q, прошедшему через спай:

(индексы указывают, что ток течет от звена А к звену В). Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом Пельтье.

При перемене направления тока изменяет знак, т.е. вместо выделения (поглощения) теплоты наблюдается поглощение (выделение) такого же количества теплоты (при том же q). Следовательно, .

Из законов термодинамики вытекает, что коэффициент Пельтье и удельная термо-ЭДС связаны соотношением

В случае контакта двух веществ с одинаковым видом носителей тока эффект Пельтье имеет следующее объяснение. Носители тока (электроны или дырки) по разные стороны от спая имеют различную среднюю полную энергию. Если носители, пройдя через спай, попадают в область с меньшей энергией, они отдают избыток энергии кристаллической решетке, в результате чего спай нагревается. На другом спае носители переходят в область с большей энергией; недостающую энергию они заимствуют у решетки, что приводит к охлаждению спая.

В случае контакта двух полупроводников с различным типом проводимости эффект Пельтье имеет другое объяснение. В этом случае на одном спае электроны и дырки движутся навстречу друг другу. Встретившись, они рекомбинируют: электрон, находившийся в зоне проводимости n- полупроводника, попав в p- полупроводник, занимает в валентной зоне место дырки. При этом высвобождается энергия, которая требуется для образования свободного электрона в n- полупроводнике и дырки в p- полупроводнике, а также кинетическая энергия электрона и дырки. Эта энергия сообщается кристаллической решетке и идет на нагревание спая. На другом спае протекающий ток отсасывает электроны и дырки от границы между полупроводниками. Убыль носителей тока в пограничной области восполняется за счет попарного рождения электронов и дырок (при этом электрон из валентной зоны p- полупроводника переходит в зону проводимости n- полупроводника). На образование пары затрачивается энергия, которая заимствуется у решетки, - спай охлаждается.