Термоэлектричество

Некоторые свободные электроны могут покинуть поверхность металла, если их энергия окажется равной или превысит работу выхода. Работа выхода зависит от типа материала. При плотном соединении (контакте) двух металлических поверхностей электроны из металла с меньшей работой выхода будут переходить в металл с большей работой выхода. При этом возникает контактная разность потенциалов, величина которой зависит от температуры.

Термоэлектричество
Термоэлектричество

Термоэлемент состоит из двух таких соединений (сваренных или спаянных). Если их температуры одинаковы, то контактные напряжения компенсируются. Если контактные соединения имеют различную температуру, то возникает термо-ЭДС, вызывающая термоток. Его величина зависит от сопротивления цепи, материалов и разности температур. В зависимости от величины термо-ЭДС металлы образуют термоэлектрический ряд напряжений.

Справочная таблица - Термо-ЭДС некоторых металлов

Термо-ЭДС некоторых металлов по отношению к меди для разности температур 100 К (температура меди 0°С)

Металл U (мВ/К)
Bi -8
Ni -2.2
Pt -0.7
Hg -0.3
Al -0.3
Pb -0.3
Ag -0.05
Cu 0
Cd +0.1
Fe +1.0
Sb +4.0

Термо-ЭДС любой комбинации металлов определяется как разность приведенных выше термо-ЭДС.

На рисунке показано направление тока термоэлемента. Положительным потенциалом обладает металл, стоящий в таблице ниже.

ЭДС наиболее употребительных термоэлементов приведены в следующей таблице.

Справочная таблица - Термо-ЭДС некоторых термопар

Термо-ЭДС некоторых термопар для разности температур 100 К

Термопара U, мВ Термопара U, мВ
Медь — константан 4.25 Нихром — константан 6.21
Железо — константан 5.37 Платина — платинородий 0.643
Нихром — никель 4.1 Железо — медь 1.05

Температура холодного спая 0 °С.

Термо-ЭДС приблизительно пропорциональна разности температур только в определенном диапазоне температур.

Особенно большими термо-ЭДС обладают полупроводниковые термоэлементы.

Эффект Пельтье

Явление, обратное термоэлектрическому эффекту, называется эффектом Пельтье. Если пропускать ток через соединение металлов, аналогичное термоэлементу, то между контактами возникает разность температур. При этом охлаждается контакт, который следует нагревать для получения того же направления термотока.

В помощь студенту

Термоэлектричество, термо-ЭДС

стр. 688