ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Термоэлектри́ческие явле́ния - обусловлены связью между тепловыми и электрическими процессами в проводниках. К термоэлектрическим явлениям относятся Зеебека эффект, обратные ему Пельтье эффект и Томсона эффект.
* * *
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ - ТЕРМОЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЕ ЯВЛЕ́НИЯ, явления прямого преобразования теплоты в электричество в твердых или жидких проводниках, а также обратные явления прямого нагревания и охлаждения спаев двух проводников проходящим током. Обусловлены связью между тепловыми и электрическими процессами в проводниках (полупроводниках). К термоэлектрическим явлениям относятся термоэлектрический эффект Зеебека (см. ЗЕЕБЕКА ЭФФЕКТ) и электротермические эффекты - эффект Пельтье (см. ПЕЛЬТЬЕ ЭФФЕКТ) и эффект Томсона (см. ТОМСОНА ЭФФЕКТ).
Эффект Зеебека состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает электродвижущая сила (термоЭДС), если места контактов поддерживают при разных температурах. Характеризуется коэффициентом aТ - дифференциальным коэффициентом термоЭДС.
Эффект Пельтье является эффектом, обратным явлению Зеебека: при протекании тока в цепи из различных проводников в местах контактов, в дополнение к теплоте Джоуля, выделяется или поглощается, в зависимости от направления тока, некоторое количество теплоты Qп, пропорциональное протекающему через контакт количеству электричества (то есть силе тока I и времени t), и П - коэффициенту Пельтье.
Эффект Томсона заключается в выделении дополнительного количества тепла Qт в однородном проводнике при одновременном действии проходящего тока и градиента температур. Количество выделенного тепла пропорционально коэффициенту Томсона . Этот эффект был предсказан У. Томсоном (см. ТОМСОН Уильям) (Кельвином) на основании выведенного им термодинамического соотношения между коэффициентами Пельтье и Зеебека.
Все три термоэлектрических коэффициента, зависящие от параметров спаев и от свойств самих материалов - дифференциальный коэффициент термоЭДС aТ, коэффициент Пельтье П и коэффициент Томсона , - связаны между собой соотношением Кельвина:
aТ = П/t.
Таким образом, к термоэлектрическим явлениям относятся три взаимосвязанных эффекта, характеризующиеся соответствующими коэффициентами, различающимися для разных материалов. Причина всех термоэлектрических явлений заключается в нарушении теплового равновесия в потоке носителей, то есть в отличии средней энергии электронов в потоке от энергии Ферми (см. ФЕРМИ-ЭНЕРГИЯ). Абсолютные значения всех термоэлектрических коэффициентов растут с уменьшением концентрации носителей; поэтому в полупроводниках они в десятки и сотни раз больше, чем в металлах и сплавах. Именно поэтому термоэлектрические полупроводниковые материалы нашли в настоящее время широкое применение для создания различных приборов, принцип действия которых основан на термоэлектрических эффектах.
Термоэлектрические явления широко используются для создания термоэлектрических измерительных приборов, а также термоэлектрических генераторов (см. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР) и термоэлектрических холодильников (см. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ). Термоэлектрические генераторы и холодильники являются устройствами непосредственного превращения тепловой энергии в электрическую или переноса тепла между спаями в термоэлектрических материалах при прохождении электрического тока. Перспективно сочетание термоэлектрических преобразователей с компактными, мощными и относительно дешевыми источниками тепла. Термоэлектрические приборы обладают принципиальными преимуществами перед обычными механическими системами: отсутствием движущихся частей, бесшумностью работы, компактностью, легкостью регулировки, малой инерционностью.