Термоэлектронная эмиссия

Термоэлектронная эмиссия, как и теплопередача, имеет связь с проводимостью вещества и бывает открытой и скрытой. Открытая термоэлектронная эмиссия соответствует материалам-проводникам и существует без условий, то есть неуправляема. Скрытая термоэлектронная эмиссия – это эмиссия, которая существует при возникновении некоторых условий, то есть управляема. Пример управляемой (скрытой) эмиссии — возникновение ЭДС при облучении PN-перехода светом, то есть фотоэлектронная эмиссия — это управляемая термоэлектронная эмиссия. Это можно проверить экспериментом, если изменять температуру PN-перехода. Скрытая термоэлектронная эмиссия соответствует материалам-полупроводникам с «широкой запретной зоной». При этом изоляторы обладают более «широкими запрещёнными зонами», чем полупроводники, и в них процессы термоэлектронной эмиссии имеют вид всем известных процессов электризации (электростатика).

Теперь можно рассмотреть контакт двух веществ как результат взаимодействия их электронных эмиссий. Попытаемся найти аналогии между разными явлениями.

Термопары.

Термопары создаются на основе материалов с открытой термоэлектронной эмиссией - на основе проводников или полупроводников с «узкой запретной зоной» (или, что то же самое - с малой «работой выхода»). При этом понятие PN-перехода для термопар аналогично понятию PN-перехода полупроводникового диода. Само явление нагревания контакта можно определить так: на выводах термопары при нагревании её контакта возникает ЭДС, при этом важно, чтобы сам контакт обладал температурой большей, чем его выводы. Зона P — это материал термопары, на выводе которого имеется положительный полюс ЭДС, а зона N —это материал термопары, на выводе которого имеется отрицательный полюс ЭДС. Здесь обозначения P и N несут смысл «позитива» и «негатива» и никак не связаны с понятиями дырочной и электронной проводимости по той простой причине, что дырочной проводимости в природе не существует, как не существует самих «дырок» и ионов внутри твёрдого вещества. Для термопар существует термоэлектрический ряд напряжений - для 3-х веществ понятие P- и N-зон становиться уже неудобным, потому для них необходимо знать расположение веществ в термоэлектрическом ряду напряжений. Следует учесть, что вещества со скрытой термоэлектронной эмиссией термо-ЭДС не создают, пока не возникнут соответствующие физические условия (управление), то есть термо-ЭДС у них управляема.

Радиотехническое условное графическое изображение термопары имеет вид:

Рис. 1.1.1. Радиотехническое обозначение термопары

Для понимания термоэлектрической теории разработаем условные графические изображения PN-переходов. Они будут 2-х типов: 1-й тип соответствует УГО полупроводникового диода, 2-й тип изображает контакт 2-х веществ.

Рис.1.1.2. Термоэлектрические обозначения термопар и PN-переходов (синей стрелкой обозначено направление движения электронов при прямом токе): 1 — 1-й тип графических обозначений, 2а — контакт 2-х веществ с открытой термоэлектронной эмиссией, 2б — контакт 2-х веществ со скрытой термоэлектронной эмиссией. Буквами N и P обозначена полярность термо-ЭДС.

При изучении термоэлектроники будем пользоваться и 1-м, и 2-м типом термоэлектрических обозначений. Для обеспечения полной информативности схем необходимо использовать и обозначения, поясняющие расположение вещества в термоэлектрическом ряду напряжений. Опять же, здесь можно использовать 2 типа пояснений: 1-й тип основан на термоэлектрическом ряду напряжений (U), а 2-й тип может сообщать об атомном номере вещества (Z).

Рис. 1.1.3. Пояснения к обозначениям термопар и PN-переходов.

Итак, термопары имеют открытую термоэлектронную эмиссию и следующие обозначения (см. рис. 1.1.4.):

Рис. 1.1.4. Термоэлектрическое обозначение термопар.

Термопара, основанная на контакте «медь — алюминий», может быть изображена так:

Рис. 1.1.5. Термоэлектрические обозначения термопары Cu-Al: 13 — атомный номер алюминия, 29 — атомный номер меди.