Контактная разность потенциалов, термо-эдс, эффекты

Принцип действия основан на возникновении термо-эдс на концах двух разнородных материалов, находящихся в разных температурных режимах.

Конструктивно состоит из двух разнородных, специально подобранных проводников, одни концы которых сварены между собой, а другие подсоединены к прибору.

Рабочий (горячий) слой помещают в защитный кожух и устанавливают в месте контроля температуры.

Если Т° свободных холодных слоев термопары отличается от Т° горячего слоя, то вследствие термоэлектрического эффекта на электродах возникает термо-эдс, пропорциональная разности температур.

Термопара ТПП - обладает высокой точностью и стабильностью. Изготавливается из проволоки диаметром 0,3 - 0,5 мм (чистая платина и сплав платины 90% и родия 10%). Работает если T0накала = 100°С, а свободного 0°С, тогда термо-эдс ≈ 0,64 ± 0,03 В.

Для измерения низких температур в диапазоне от 200 до 350°С делают хромедь-алюминевую пару (ТХА), эдс≈40 мкВ/°С

Эффект Пельтье (1834, француз).

Он обнаружил, что при прохождении через контакт двух различных проводников электрического тока в зависимости от его направления помимо джоулевой теплоты выделяется или поглощается дополнительная теплота, т.е. это эффект обратный эффекту Зеебека.

В отличие от джоулевой теплоты, которая пропорциональна квадрату тока, теплота Пельтье пропорциональна первой степени тока и меняет знак при изменении направления тока.

Рисунок 3.9 - Электрическая цепь из двух разнородных материалов

Если создать электрическую цепь из двух разнородных материалов, через которое пропустить ток I (его направление выбрано согласно термотока на рисунке 3.9) при условии Т1>T2, то слой А, который имел большую температуру при эффекте Зеебека, будет охлаждаться, а слой В - нагреваться. При изменении направления I’ слой А будет нагреваться, а слой В - охлаждаться.

Так как электроны по разную сторону слоя обладают разной средней энергией (полной кинетической плюс потенциальной). Если электроны пройдут через слой В и попадут в область с меньшей энергией, то избыток своей энергии они отдадут кристаллической решетке и слой будет нагреваться. В слое А электроны переходят в область с большей энергией, забирая теперь недостающую энергию у кристаллической решетки, и слой будет охлаждаться. Это явление используется в термоэлектрических холодильниках (созданы в 1954 Иоффе), в электронных приборах.

Эффект Томсона (1856, Кельвин).

Исследуя термоэлектрические эффекты, пришел к заключению, что при прохождении тока по неравномерно нагретому проводнику должно происходить дополнительное выделение (поглощение) теплоты аналогичной теплоте Пельтье.

Т.е. он подтвердил теорию Томсона и дал практическое объяснение - так как в более нагретой части проводника электроны имеют большую среднюю энергию, чем в менее нагретой, то, двигаясь в направлении убывания Т°, они отдают часть своей энергии решетке, в результате чего происходит выделение теплоты Томсона.

Контрольные вопросы к теме 3

Пояснить зависимость сопротивления металлов от температуры.

Дать понятие сверхпроводимости металла и пояснить от чего и как они зависят?

Указать виды электронной эмиссии и особенности термоэлектронной эмиссии.

Сущность эффекта Джозефсона.

Пояснить сущность эффекта Зеебека, Пельтье.

Интересное из раздела

Проектирование автоматического измерителя артериального давления
Важным компонентом клинического мониторинга, определяющим состояние сердечнососудистой системы и организма в целом, является контроль кровяного давления. Дв ...

Калибровка мониторов на основе науки о цвете – колориметрии
Полиграфическая индустрия активно развивается и предлагает клиентам все больше новых и интересных решений. Также растет требовательность заказчиков к резуль ...

Проектирование блока горизонтального отклонения электронно-лучевого осциллографа
Электронно-лучевой осциллограф является наиболее универсальным измерительным прибором, позволяющим исследовать сложные электрические процессы, визуально наб ...