Эффект Зеебека

Эффект Зеебека – явление возникновения ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. Эффект Зеебека также иногда называют просто термоэлектрическим эффектом.

Термоэлектрические явления – это совокупность физических явлений, обусловленных взаимосвязью между тепловыми и электрическими процессами в металлах и полупроводниках. Они объясняются тем, что процессы переноса заряда (электрического тока) и энергии взаимосвязаны, так как осуществляются посредством перемещения подвижных носителей тока – электронов и дырок.

Другими словами, термоэлектричество – это явление прямого преобразования теплоты в электричество в твёрдых или жидких проводниках.

Описание

Эффект Зеебека состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термо-ЭДС, если места контактов поддерживают при разных температурах. Цепь, которая состоит только из двух различных проводников, называется термоэлементом или, а ее ветви термопарой – термоэлетродами.

М₁ и М₂ – два различных проводника(полупроводника).

А и В – контакты.

При различной температуре контактов, в замкнутой цепи возникает ток, называемый термоэлектрическим. Причем изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления термо-тока.

Величина термо-эдс зависит только от температур горячего(T₁) и холодного(T₂) контактов и от материала проводников.

Математическое описание

ЭДС в эл.цепи

,

Где – удельная термоЭДС, – разность температур между спаями.

В простейшем случае коэффициент термоэдс определяется только материалами проводников, однако, строго говоря, он зависит и от температуры, и в некоторых случаях с изменением температуры меняет знак.

Технические реализации эффекта

Наиболее важной технической реализацией эффекта Зеебека в металлах является термопара - термочувствительный элемент в устройствах для измерения температуры. Термопара состоит из двух последовательно соединенных пайкой или сваркой разнородных металлических проводников М1 и М2. В сочетании с электроизмерительными приборами термопара образует термоэлектрический термометр, шкала которого градуируется непосредственно в К или °С.

На рисунках показаны схемы включения термопары в измерительную цепь:

а) измерительный прибор 1 подключен с помощью соединительных проводов 2 в разрыв одного из термоэлектродов М1;

б) измерительный прибор подключен к концам термоэлектродов М1 и М2; ТА и ТВ - температуры соответственно "горячего" и "холодного" контактов термопары.

Типичная схема включения термоэлектрического датчика с термостатированным контактов

Типичная схема включения термоэлектрического датчика с с нетермостатированным "холостым" контактом

При измерении температуры один из контактов обычно термостатируется (обычно при 273 К - с помощью тающего льда).

Диапазон температур, измеряемых при помощи термопар, очень велик: от гелиевых, до нескольких тысяч градусов.

В зависимости от назначения термопары бывают: стационарные и переносные, с влагонепроницаемой, взрывобезопасной, герметичной оболочкой и без нее, виброустойчивые и другие.

Применение термопар

Для измерения температуры различных типов объектов и сред, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Термопары из вольфрам-рениевого сплава являются самыми высокотемпературными контактными датчиками температуры. Такие термопары незаменимы в металлургии для контроля температуры расплавленных металлов.

В 1920 ^х —30 ^х годах термопары использовались для питания детекторных приемников и других слаботочных приборов. Вполне возможно использование термогенераторов для подзарядки АКБ современных слаботочных приборов (телефоны, камеры и т.п) с использованием открытого огня.