Термоэлектричекие явления. Контактная разность потенциалов. Э.Д.С. термопары.

В зависимости от причин вызывающих э.д.с. ее природа может быть различной – электромагнитной, химической, тепловой и др.

Э.д.с., возникающая за счет теплоты, переданной системе называется термо-э.д.с. для получения термо-э.д.с. используется термопара.

Термопара представляет собой замкнутую цепь из двух и более разнородных проводников, соединенных между собой.

Места соединения проводников называются спаями. Возникновение в термопаре э.д.с. объясняется наличием на границе металлов разности потенциалов ( ), называемой контактной разностью потенциалов.

Контактная разность потенциалов зависит от природы металлов и температуры и варьируется от десятых вольта до целых вольт.

Таким образом, в месте контакта металлов возникает скачёк потенциала, величина которого определяется из выражения

,

где k – постоянная Больцмана, е – заряд электрона, Т – температура, n_A, n_B - концентрации электронов в металлах.

В случае равенства температур спаев их потенциалы равны, а значит термо-э.д.с. равна нулю.

.

Если один из спаев нагреть или охладить возникает термо-э.д.с. и в проводниках течет ток.

.

Величина называется удельной термо - э.д.с. термопары.

С учетом определения, имеем: .

Удельная термо-э.д.с. – величина, равная разности потенциалов между спаями при разнице температур между спаями равной 1 К.

Возникновение тока в термопаре при нагревании (охлаждении) одного из ее спаев термоэлектрическим явлением.

Термоэлектрическим явления широко используются для измерения как высоких температур, так и для незначительных, например, вызываемых поглощение солнечного света.

Если через термопару пропускать электрический ток, то наблюдается эффект Пельтье, при котором один из спаев нагревается, а второй охлаждается.

При прохождении по проводнику электрического тока происходит его нагревание. Это обусловлено тем, что кинетическая энергия движущихся по проводнику электронов переходит в тепловое движение ионов при их столкновении. Поэтому теплота выделяющаяся в проводнике будет пропорциональна работе электрического тока т.е.

,

Откуда с учетом , имеем:

- закон Джоуля-Ленца

Тепловое действие электрического тока имеет широкое применение в технике – это различные электронагревательные приборы (утюги, печи, плавкие предохранители, пробки, лампы накаливания и т.д.).