Термоэлектродвижущая сила

Конкретный расчет в интервале температур 100⁰ С для различных контактирующих материалов приведен в табл. 12.7. Полученные значения термоЭДС достаточно хорошо коррелируют с экспериментальными данными. Зависимость термоЭДС от температуры почти линейная в рассмотренном интервале ее изменения. Поэтому термоЭДС можно представить в таком виде

где χ – коэффициент пропорциональности, характеризующий величину ЭДС при разности температур спаев, равной 1⁰. В небольшом интервале изменения температуры коэффициент χ остается постоянным, но при высоких температурах изменяется существенно и даже может менять свой знак, что обусловлено распадом кластерных структур.

Термоэлектрические явления составляют целую группу физических явлений (явление Зеебека, Пельтье, Томсона), обусловленных существованием взаимосвязи между тепловыми и электрическими процессами в проводниках, по которым течет электрический ток.

Явление Зеебека состоит в том, что в замкнутой электрической цепи из разных металлов возникает термоЭДС, когда места контактов находятся при разных температурах. В простейшем случае, если электрическая цепь состоит из двух разных проводников, их называют термопарой.

Явление Пельтье обратно явлению Зеебека: при прохождении тока в цепи из различных проводников в местах контактов в дополнение к теплоте Джоуля выделяется или поглощается, в зависимости от направления тока, некоторое количество тепла Q_П, пропорциональное протекающему через контакт количеству электричества, т.е. силе тока и времени. Кроме того, количество тепла Q_п определяется некоторым коэффициентом П, зависящим от природы находящихся в контакте материалов:

где П - коэффициент Пельтье.

Выделение тепла происходит в случае, когда контактная разность потенциалов задерживает прохождение электромагнитных волн вдоль проводника. Охлаждение контакта происходит, когда контактная разность потенциалов способствует увеличению скорости распространения электромагнитных волн вдоль проводника. Изменение потока энергии происходит за счет внутренней энергии спая, на границе которого происходит скачек нормальной составляющей электрического поля, так как используются разные материалы.

Явление Томсона . У. Томсон (Кельвин) вывел термодинамическое соотношение между χ и П и предсказал существование третьего явления: если вдоль проводника, по которому протекает ток, существует перепад температур, то в дополнение к теплоте Джоуля в объеме проводника выделяется или поглощается, в зависимости от направления тока, некоторое количество тепла (теплота Томсона) Q_T = τΔVIt. Здесь τ - коэффициент Томсона, зависящий от природы материала. Согласно теории Томсона коэффициент термоЭДС пары проводников связан с их коэффициентом Томсона соотношением

Количественно возникновение термоЭДС можно объяснить тем, что происходит тепловое расширение, которое в различных проводниках происходит по-разному и вследствие этого изменяется вероятность образования электрического диполя в зоне контакта и увеличиваются размеры взаимодействующих кластеров.

На явлении Зеебека основано прямое преобразование тепловой энергии в электрическую энергию. Впервые такие установки, как «Ромашка» и «Василек», были созданы в Советском Союзе. Разогрев одного из контактов производился ядерным реактором.

Поиск по сайту: