Контактная разность потенциалов, термо-эдс, эффекты

Если два различных металла привести в соприкосновение, то между ними возникает разность потенциалов, называемая контактной.

Это обнаружил Вольт (итальянец). Например, если металлы Al, Zn, Sn, Pb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Pt, Pd привести в контакт в указанный последовательности, то каждый предыдущий при соприкосновении с одним из последующих заряжается положительно. Это ряд Вольта. Uконт ≈ от десятых долей до целых вольт.

Два закона:

1) Uконт зависит от химического состава и температуры соприкасающихся металлов

) Uконт последовательно соединенных различных проводников, находящихся под одинаковой Т°, не зависит от химического состава промежуточных проводников и равна Uконт, возникающей при непосредственном соединении крайних проводников.

Механизм возникновения

Соединяют два металла с разной работой выхода А1 и А2, причем А2>А1 (т.е. с различными положениями уровня Ферми, верхнего заполненного электронами энергетического уровня)

Рисунок 3.7 - Образование контактной разности потенциалов

При контакте металлов электроны с более высоких уровней металла 1 будут переходить на более низкие уровни металла 2, поэтому металл 1 заряжается положительно, а металл 2 - отрицательно. Одновременно происходит смещение энергетических уровней: в металле 1 все уровни смещены вниз, а в металле 2 - вверх. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока между соприкасающимися металлами не установится равновесие, т.е. произойдет совпадение уровней Ферми (рисунок 3.7 в), но работы выхода не изменятся, а вот потенциальная энергия изменится в точках ВГ (рисунок 3.7 г), т.е. возникает разность потенциалов равная ∆φ’=(А2-А1)/е, которую называют внешней.

Если уровни Ферми неодинаковые, то между внутренними точками металла возникает внутренняя разность потенциалов ∆φ’’=(ЕF1-EF2)/e, это объясняется различной концентрацией электронов в металлах. ∆φ’’ зависит от Т° контактов металлов. Как правило ∆φ’>>∆φ’’. ∆φ’’ - образуется в контактном слое, толщиной ≈ м.

Эффект Зеебека (1821, немец).

Согласно второму закону Вольта, в замкнутой цепи, состоящей из нескольких металлов, с разной Т° в месте контакта, то в цепи возникает электрический ток, называемый термоэлектрическим. Это явление наблюдал Зеебек.

Он создал электрические цепи из металлов Сu-Bi (медь-висмут), Ag-Cu, Au-Cu, при этом контакты имели разную температуру, контакт А имел Т1, контакт В имел Т2, где Т1>T2. Между контактами возникла термоэлектродвижущая сила и стал протекать ток от точки А.

Рисунок 3.8 - Возникновение термо-эдс

Для пары металлов медь-константан, при Т=100К эдс≈4,25 мВ.

Для поддержания постоянного тока необходимо постоянство температур контактов: к более нагретому непрерывно подводить тепло, а от холодного - отводить. Это явление используется в измерении температур (термопарах).

Чувствительность их повышается если термопары соединяются последовательно.

Тепловые преобразователи делятся:

термоэлектрические (термопары);

терморезисторы (термометры сопротивления);

термомеханические;

монометрические.

Термопара - это разновидность термоэлектрических преобразователей генераторного типа.

Интересное из раздела

История появления полупроводниковых интегральных схем
сентября 1958 года сотрудник фирмы Texas Instruments (TI) Джек Килби продемонстрировал руководству три странных прибора - склеенные пчелиным воском на стеклянно ...

Цифровой КИХ-фильтр для частотной селекции измерительных сигналов
Цифровой фильтр (ЦФ) - устройство, пропускающее, либо подавляющее заданные в цифровой форме сигналы в определенной полосе частот. В отличие от аналоговых фильтров, у кото ...

Программируемый генератор сигналов
Современное состояние и перспективы развития многих отраслей техники, в том числе и радиоэлектроники, во многом определяются широким проникновением средств ...