Seebecki, Peltieri ja Thomsoni termoelektrilised efektid

Termoelektriliste külmikute ja generaatorite töö põhineb termoelektrilistel nähtustel. Nende hulka kuuluvad Seebecki, Peltieri ja Thomsoni efektid. Need mõjud on seotud nii soojusenergia muundamisega elektrienergiaks kui ka elektrienergia muundamisega külmaenergiaks.

Juhtmete termoelektrilised omadused tulenevad soojus- ja elektrivoolude ühendustest:

• Seebecki efekt — tekkimine termo-EMF ebaühtlaste juhtmete ahelas, selle sektsioonide erinevatel temperatuuridel;
• Peltier' efekt — soojuse neeldumine või vabanemine kahe erineva juhi kokkupuutel, kui neid läbib alalisvool;
• Thomsoni efekt — soojuse (superdžauli) neeldumine või eraldumine juhi mahus pooluse läbimisel, elektrivool temperatuurigradiendi olemasolul.

Seebecki, Peltieri ja Thompsoni efektid kuuluvad kineetiliste nähtuste hulka. Need on seotud laengu ja energia liikumise protsessidega, seetõttu nimetatakse neid sageli ülekandenähtusteks.Laengu ja energia suunatud voogusid kristallis tekitavad ja säilitavad välised jõud: elektriväli, temperatuurigradient.

Osakeste (eriti laengukandjate) suunavool elektronid ja augud) esineb ka nende osakeste kontsentratsioonigradiendi juuresolekul. Magnetväli ise ei tekita suunatud laengu- ega energiavoogusid, küll aga mõjutab muude välismõjude tekitatud voogusid.

Seebekovi efekt

Seebecki efekt seisneb selles, et kui avatud elektriahelas, mis koosneb mitmest erinevast juhist, hoiab üks kontaktidest temperatuuri T1 (kuumühendus) ja teine ​​temperatuuri T2 (külmühendus), siis tingimusel, et T1 ei võrdu T2-ga. otstes tekib ahelale termoelektromootorjõud E. Kui kontaktid on suletud, tekib ahelasse elektrivool.

Seebekovi efekt:

Temperatuurigradiendi olemasolul juhis toimub laengukandjate termiline difusioonivoog kuumast otsast külma otsa. Kui elektriahel on avatud, kogunevad kandjad külma otsa, laadides seda negatiivselt, kui need on elektronid, ja positiivselt aukjuhtivuse korral. Sel juhul jääb kuuma otsa kompenseerimata ioonilaeng.

Tekkiv elektriväli aeglustab kandjate liikumist külma otsa poole ja kiirendab kandjate liikumist kuuma otsa poole. Temperatuurigradiendi poolt moodustatud mittetasakaaluline jaotusfunktsioon nihkub elektrivälja toimel ja deformeerub mingil määral. Saadud jaotus on selline, et vool on null. Elektrivälja tugevus on võrdeline selle põhjustanud temperatuurigradiendiga.

Proportsionaalsusteguri väärtus ja selle märk sõltuvad materjali omadustest. Elektrilist Seebecki välja on võimalik tuvastada ja termoelektromootori jõudu mõõta ainult erinevatest materjalidest koosnevas ahelas. Potentsiaalsete kontaktide erinevused vastavad kokkupuutuvate materjalide keemiliste potentsiaalide erinevusele.

Peltieri efekt

Peltieri efekt seisneb selles, et kui alalisvool läbib kahest juhist või pooljuhist koosnevat termopaari, eraldub või neeldub kontaktpunktis teatud kogus soojust (olenevalt voolu suunast).

Kui elektronid liiguvad elektrilise kontakti kaudu p-tüüpi materjalist n-tüüpi materjalisse, peavad nad ületama energiabarjääri ja võtma selleks energiat kristallvõrest (külmühendus). Ja vastupidi, n-tüüpi materjalilt p-tüüpi materjalile üleminekul annavad elektronid võrele energiat (kuum ristmik).

Peltieri efekt:

Thomsoni efekt

Thomsoni efekt seisneb selles, et kui elektrivool liigub läbi juhi või pooljuhi, milles tekib temperatuurigradient, siis lisaks džauli soojusele eraldub või neeldub teatud hulk soojust (olenevalt voolu suunast).

Selle efekti füüsikaline põhjus on seotud asjaoluga, et vabade elektronide energia sõltub temperatuurist. Siis omandavad elektronid kuumas ühendis suurema energia kui külmas. Vabade elektronide tihedus suureneb ka temperatuuri tõustes, mille tulemuseks on elektronide voog kuumast otsast külma otsa.

Positiivne laeng koguneb kuuma otsa ja negatiivne laeng külma otsa. Laengute ümberjaotumine takistab elektronide voogu ja teatud potentsiaalide erinevuse korral peatab selle täielikult.

Ülalkirjeldatud nähtused esinevad sarnaselt aukjuhtivustega ainetes, ainsa erinevusega, et negatiivne laeng koguneb kuuma otsa ja positiivse laenguga augud külma otsa. Seetõttu osutub segajuhtivusega ainete puhul Thomsoni efekt tühiseks.

Thomsoni efekt:

Thomsoni efekt pole praktilist rakendust leidnud, kuid selle abil saab määrata pooljuhtide lisandite juhtivuse tüübi.

Seebecki ja Peltieri efektide praktiline kasutamine

Termoelektrilised nähtused: Seebecki ja Peltieri efektid – leidke praktiline rakendus masinateta soojuses elektrienergia muunduriteks. termoelektrilised generaatorid (TEG), soojuspumpades — jahutusseadmetes, termostaatides, kliimaseadmetes, mõõte- ja juhtimissüsteemides, nagu temperatuuriandurid, soojusvoog (vt — Termoelektrilised muundurid).

Termoelektriliste seadmete keskmes on spetsiaalsed pooljuhtelemendid-muundurid (termoelemendid, termoelektrilised moodulid), näiteks TEC1-12706. Loe lähemalt siit: Peltieri element – ​​kuidas see töötab ning kuidas kontrollida ja ühendada