Элементы термоэлектроники. Термоэлектроника как наука

Определение.Определение из словаря: термоэлектроника — дисциплина, изучающая эмиссию электронов или ионов с поверхности нагретого проводника, и техника, основанная на этом принципе.

Вторая часть определения: к термоэлектронным приборам относятся, в частности, электронные трубки (лампы). При нагреве катода лампы он излучает электроны, которые устремляются к аноду. Такие термоэлектронные лампы в настоящее время почти полностью вытеснены транзисторами, хотя построенные по тому же принципу электронные трубки еще применяются. Сегодня термоэлектроника занимается разработкой и конструированием термоэмиссионных преобразователей энергии, которые превращают тепловую энергию непосредственно в электрическую.

Итак, попробуем логически определить, что же такое термоэлектроника. Современное состояние термодинамики значительно ограничивает применение термоэлектроники. На самом деле термоэлектроника имеет более широкое распространение. К термоэлектрическим приборам относятся:

• термопары,
• элементы Пельтье,
• полупроводниковые диоды,
• электровакуумные диоды,
• транзисторы,
• электровакуумные триоды,
• и прочие электронные приборы.

К термоэлектрическим явлениям относится также такое явление, как гроза. Почему в современной физике все эти приборы и явления относятся к различным разделам? Возможно, из-за отсутствия в термодинамике теории теплового заряда.

В своей работе я попытаюсь доказать (а иногда просто привести альтернативные гипотезы, которые упустили из виду), что термоэлектроника объединяет в себе и теорию термоэлектронной эмиссии, и физику работы полупроводниковых диодов.

Для начала устраним логическое несоответствие в 1-й части определения:

Термоэлектроника — дисциплина, изучающая эмиссию электронов или ионов с поверхности нагретого проводника, и техника, основанная на этом принципе.

Для процесса термоэлектронной эмиссии нам необходимо нагретое тело или что-то более существенное?

Эксперимент 1. Возьмём два тела - эти два тела, согласно определению, будут проводниками. Одно тело нагреем относительно температуры окружающей среды, второе - оставим с температурой окружающей среды. В данном случае первое тело будет иметь более высокую температуру, а значит, будет обладать эмиссией по направлению к окружающей среде и ко второму телу (его температура равна температуре окружающей среды).

Эксперимент 2. Возьмём два тела и оба нагреем относительно температуры окружающей среды. В данном случае первое тело будет иметь более высокую температуру, а значит, будет обладать эмиссией по направлению к окружающей среде, но не ко второму телу (его температура равна температуре первого тела).

Эксперимент 3. Возьмём два тела и понизим температуру второго тела относительно температуры окружающей среды. В данном случае первое тело будет иметь более высокую температуру только по отношению ко второму телу, а значит, будет обладать эмиссией по направлению к первому телу. Окружающая среда тоже будет обладать термоэлектронной эмиссией по направлению ко второму телу, но не к первому телу (его температура равна температуре окружающей среды).

Данные эксперименты показывают, что термоэлектронная эмиссия всегда совпадает с направлением теплопередачи, а значит, явление термоэлектронной эмиссии возникает даже у тел с комнатной температурой, находящихся возле холодных тел! В таком случае источником термоэлектронной эмиссии становится окружающая среда.

Итак, термоэлектронную эмиссию можно связать с явлением теплопередачи. Логически это обосновано: явление термоэлектронной эмиссии определяется (!) разностью температур двух тел — нагретого и охлаждённого.

Следующий вывод: теплопередача в пустом пространстве (вакууме) осуществляется посредством электронов. Дополнительно теплопередача осуществляется с помощью электромагнитных волн, и волновая теплопередача (инфракрасное излучение) может быть даже значительно большей, чем электронная.