Электричество Явление термоэлектричества Полупроводниковый выпрямитель Изучение колебательного контура Постоянный ток Сегнетоэлектрики Пьезоэлектрический эффект Работа и мощность тока.

Явление термоэлектричества (эффект Зеебека). Рассмотрим

Подпись:   замкнутую цепь, состоящую из двух металлических провод ников I и 2 (рис.3).

Подпись:   Электро движущая сила, приложенная в этой  цепи, равна алгебраической сумме всех 

 скачков потен циала:

Рис. 3

Если температура обоих спаев одинакова, т.е. Та= Тб=Т, то на осно вании уравнения (5) имеем:

EТ=-+-+=0

В замкнутой цепи, образованной из нескольких металлических проводников, все спаи которой находятся при одинаковой температуре, невозможно возникновение электродвижущей силы за счет одних только контактных скачков потенциала.

Иначе обстоит дело, если температура спаев а и б различна, например, Та >Т б. Тогда по уравнению (5)

EТ=(Та-Тб)=(Та-Тб), (6)

где =. Величина  является постоянной, характеризую щей свойства контакта данных двух металлов.

В этом случае в замкнутой цепа появляется так называемая терм о электродвижущая с и л а, прямо пропор циональная разности температур обоих спаев. Благодаря возникшей термоэлектродвижущей силе в такой цепи возникает ток, направление которого при n01 < n02 указано стрелками на (рис.3). Для поддержания постоянного тока необходимо обеспечивать постоянство раз ности температур спаев, т.е. к более нагретому спаю нужно непре рывно подводить тепло, а от холодного - непрерывно его отводить. В данном случае происходит преобразование внутренней энергии сис темы в электрическую, которое находится в полном соответствии со вторым законом термодинамики: для осуществления этого преоб разования энергии используются два источника тепла (нагреватель и холодильник). Коэффициент полезного действия замкнутого цикла описывающего подобное преобразование внутренней энергии в элек трическую, невелик и составляет 0,1%. Весьма мала и термоэлек тродвижущая сила, не превышающая нескольких милливольт при раз ности температур спаев) (Та-Тб), равной 100°С»

Термопара» Термоэлектрические явления в металлах в настоя щее время широко используются главным образом для измерения температуры. Для этой цели применяются термоэлементы или т е р м о п а р ы , представляющие собой две проволоки, изготовленные из различных металлов или сплавов, с известным зна чением коэффициента,  в уравнении (6). Концы этих проволок сва рены (рис. 4). Один спай помещен в среду, температуру которой T1 нужно, измерить а второй - в среду с известной постоянной темпе ратурой T2 (например, в сосуд Дьюара с тающим льдом). Термопары имеют ряд преимуществ перед обычными термометрами: они позволяют измерять температуру в широком интервале от десятков до тысяч градусов абсолютной шкалы. Термопары обладают большой чувствитель-ностью и поэтому дают возможность измерять очень малые разности температур (до 10-6градуса). Так, термопары железо - константан применяются для измерения температур до 500°С и имеют чувствитель ность  • 5,3 10-5 В/град» Термопары платина - платинородий (90% платины и 10% родия) имеют чувствительность 6 10-6 В/град и приме няются для измерения температур от самых низких до тысяч градусов.

С помощью термопары можно не только измерять температуру, но и следить за ее изменением во времени. Возможность установить галь ванометр на значительном расстоянии от термопары; позволяет с успехом применять термопары в контрольных и автоматических устройствах (терморегуляторы и т.п.).

Для увеличения чувствительности термопар применяются их пос ледовательные соединения, называемые термобатареями или, термо-столбиками.

Эффект Пельтье.  При пропускании электрического тока через цепь, состоящую из двух различных спаянных металлов, происходит не только их нагревание: в следствии выделения джоулевой теплоты, но и добавочное выделение теплоты в одном из спаев, в то время как другой спай охлаждаемся (рис. 5). Если направление электрического тока совпадает с направлением термоэлектрического, возникающего при условии Та>Тб (рис.3), то происходит нагревание спая б и охлаждение спая а. При изменении направления электрического тока на обратное спай б охлаждается, а спай а нагревается. Это явление было открыто Пельтье в 1834 г. и называется ЭФФЕКТОМ ПЕЛЬТЬЕ

Явление Пельтье так же,как и появление термоэлектрической ЭДС, связано с возникновением контактной разности потенциалов на границе двух металлов. Предположим, что металл I спая  зарядится отрицатель но, а металл 2 этого спая - положительно. Тогда при направлении тока, указанном на рис. 5, электроны  в спае  движутся в направлении 1 2 испытывают под действием электрического поля контакта дополнительное ускорение. Кинетическая энергия электро нов возрастает за счет внутренней энергии спая. Поэтому внутренняя энергия спая  уменьшается, и его температура понижается. В спае б происходит обратное явление - проходящее через него в направлении 2 1 электроны замедляются электрическим полем контакта. При этом они отдают часть своей энергий, спаю б, температура которого повышается. Очевидно, что при изменении направления тока на проти воположное спай  будет нагреваться, а спай б – охлаждаться.

 

 

 

 

 

охл.

нагр.

  Рис. 4

Явление Пельтье; можно использовать для устройства холодиль ной машины. Однако экономичность такой машины, основанной на эффек те Пельтье в металлах, очень мала. Значительно, более экономичным являются полупроводниковые холодильные устройства.

Термин постоянный ток не совсем корректен: в действительности для постоянного тока неизменным является прежде всего значение напряжения (измеряется в Вольтах), а не значение тока (измеряется в Амперах), хотя значение тока также может быть неизменным. Путаница возникла в результате того, что термин ток употребляется для описания электрических процессов вообще
Лабораторная работа по физике Изучение электронного осциллографа