Img00118

122

Materiały termoelektryczne

2.74. Materiały, w których występują silnie zjawiska fizyczne, zwane termoelektrycznymi, nazwano materiałami termoelektrycznymi. Zjawiska termoelektryczne powstają wskutek wzajemnej zależności między procesami cieplnymi i elektrycznymi. Najbardziej znanym z grupy zjawisk termoelektrycznych jest zjawisko Seebecka.

Jeśli z dwóch różnych metali, A i B, wykonać zamknięty obwód elektryczny (rys. 2.74-la) — kontaktowe różnice potencjałów wzajemnie się skompensują i żaden prąd w obwodzie nie popłynie. Jeśli natomiast każde z łączy będzie mieć różne temperatury (7, * T₂) powstanie w obwodzie prąd elektryczny (rys. 2.74-1 b), a w przypadku przerwania obwodu (rys. 2.74-lc) można zmierzyć między jego końcówkami różnicę potencjałów elektrycznych. Jest to tzw. siła termoelektryczna (STE), której wielkość zależy od różnicy temperatur gorącego (7j) i zimnego (T₂) łącza oraz od rodzaju materiałów tworzących obwód.

a)

Rys. 2.74-1. Ilustracja do zjawiska Seebecka: a) jednakowe temperatury łączy; b), c) różne temperatury łączy, obwód termoelektryczny: b) zamknięty; c) otwarty

W określonym zakresie temperatur, gdy z wystarczającą dokładnością można przyjąć proporcjonalność między siłą termoelektryczną U_T a różnicą temperatur łączy AT, mamy

U_T = a(T, -T₂)    (2.74-1)

gdzie a [ V/deg] jest współczynnikiem proporcjonalności, zwanym współczynnikiem Seebecka, zależnym od rodzaju materiału i zakresu temperatur.

Fizykalną przyczyną powstawania siły termoelektrycznej są dwa zjawiska:

—    zależność energii Fermiego (a więc i napięcia kontaktowego) w metalu od temperatury,

—    pojawianie się różnic potencjałów w metalach, w wyniku powstawania gradientów koncentracji elektronów (wskutek nierównomiernego nagrzewania przewodnika).