เรียงความ

"พื้นฐานทางกายภาพสำหรับการรับข้อมูล"

"ทอมสันเอฟเฟค"

สมบูรณ์:

ศิลปะ. กลุ่ม E-71

Pitsenko K.S.

ตรวจสอบแล้ว:

รศ. คาเฟ่ EGAIMT

โวโรนิน วี.เอ.

Taganrog 2013

บทนำ. 3

1. ทอมสันเอฟเฟกต์ในเซมิคอนดักเตอร์ 5

2. การใช้เอฟเฟกต์ 12

บทนำ

ทอมสันเอฟเฟค- หนึ่งในปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริกซึ่งประกอบด้วยความจริงที่ว่าในตัวนำความร้อนไม่สม่ำเสมอที่เป็นเนื้อเดียวกันที่มีกระแสตรงนอกเหนือไปจากความร้อนที่ปล่อยออกมาตามกฎหมาย Joule-Lenz ความร้อนของทอมสันเพิ่มเติมจะถูกปล่อยหรือดูดซับในปริมาตรของ ตัวนำขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแส

ปริมาณความร้อนของทอมสันเป็นสัดส่วนกับความแรงของกระแส เวลา และความแตกต่างของอุณหภูมิ ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแส

ผลกระทบนี้ถูกค้นพบโดย W. Thomson ในปี 1856

คำอธิบายของผลกระทบในการประมาณครั้งแรกมีดังนี้ ภายใต้สภาวะที่มีการไล่ระดับอุณหภูมิตามตัวนำซึ่งกระแสไหลผ่าน และทิศทางของกระแสสอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากปลายร้อนไปยังปลายเย็น เมื่อเคลื่อนที่จากส่วนที่ร้อนกว่าไปยังส่วนที่เย็นกว่า อิเล็กตรอนส่งพลังงานส่วนเกินไปยังอะตอมโดยรอบ (ปล่อยความร้อน) และเมื่อ ในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแส ผ่านจากบริเวณที่เย็นกว่าไปยังบริเวณที่ร้อนกว่า พวกมันจะเติมพลังงานด้วยค่าใช้จ่ายของอะตอมโดยรอบ (ความร้อนถูกดูดซับ) .

ในเซมิคอนดักเตอร์ ความเข้มข้นของสารพาหะในตัวมันเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ หากเซมิคอนดักเตอร์ได้รับความร้อนไม่สม่ำเสมอ ความเข้มข้นของสารพาหะที่มีประจุในสารจะยิ่งสูงขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้นการไล่ระดับอุณหภูมิจะนำไปสู่การไล่ระดับความเข้มข้น ส่งผลให้เกิดการไหลของการแพร่ของตัวพาประจุ สิ่งนี้นำไปสู่การละเมิดความเป็นกลางทางไฟฟ้า การแยกประจุทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่ป้องกันการแยกตัว ดังนั้น หากเซมิคอนดักเตอร์มีการไล่ระดับอุณหภูมิ แสดงว่ามีสนามไฟฟ้าจำนวนมาก

ให้เราสมมติว่ากระแสไฟฟ้าถูกส่งผ่านตัวอย่างดังกล่าวภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าภายนอก ถ้ากระแสไปขัดกับสนามภายใน แล้วสนามภายนอกก็ต้องสร้าง งานพิเศษเมื่อเคลื่อนที่ประจุสัมพันธ์กับสนามซึ่งจะนำไปสู่การปลดปล่อยความร้อนเพิ่มเติมจากการสูญเสีย Lenz-Joule หากกระแส (หรือฟิลด์ภายนอก) ถูกนำไป มันก็จะทำหน้าที่เคลื่อนย้ายประจุเพื่อสร้างกระแส ในกรณีนี้ แหล่งภายนอกจะใช้พลังงานในการรักษากระแสไฟน้อยกว่ากรณีที่ไม่มีสนามภายใน งานภาคสนามสามารถทำได้เนื่องจากพลังงานความร้อนของตัวนำเท่านั้นจึงถูกทำให้เย็นลง ปรากฏการณ์การสร้างความร้อนหรือการดูดซับในตัวนำเนื่องจากการไล่ระดับอุณหภูมิระหว่างการไหลของกระแสเรียกว่าเอฟเฟกต์ทอมสัน ดังนั้น สสารจะร้อนขึ้นเมื่ออยู่ในทุ่งและถูกทิศทางตรงกันข้าม และเย็นลงเมื่อทิศทางตรงกัน

ในกรณีทั่วไป ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในปริมาตร dV ถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์:

สัมประสิทธิ์ทอมสันอยู่ที่ไหน

ผลของทอมสันในเซมิคอนดักเตอร์

การปล่อยปริมาตรหรือการดูดซับความร้อนในเซมิคอนดักเตอร์ภายใต้การกระทำร่วมกันของกระแสไฟฟ้าและการไล่ระดับอุณหภูมิ

คำอธิบาย

เอฟเฟกต์ Thomson หมายถึงเอฟเฟกต์เทอร์โมอิเล็กทริกและประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้: เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านเซมิคอนดักเตอร์ (หรือตัวนำ) ตามที่มีการไล่ระดับอุณหภูมินอกเหนือจากความร้อนจูลปริมาณความร้อนเพิ่มเติมจะถูกปล่อยหรือดูดซับ ในนั้นขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแส (Thomson heat )

การให้ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอของตัวอย่างที่เป็นเนื้อเดียวกันในขั้นต้นจะเปลี่ยนคุณสมบัติของมัน ทำให้สารไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ดังนั้นในสาระสำคัญปรากฏการณ์ของทอมสันจึงเป็นปรากฏการณ์เพลเทียร์ที่แปลกประหลาดโดยมีความแตกต่างว่าความไม่เท่าเทียมกันไม่ได้เกิดจากความแตกต่าง องค์ประกอบทางเคมีตัวอย่างแต่อุณหภูมิไม่เท่ากัน

ประสบการณ์และการคำนวณทางทฤษฎีแสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์ของทอมสันเป็นไปตามกฎต่อไปนี้:

,

ความร้อนของทอมสันที่ปล่อยออกมา (หรือถูกดูดซับ) อยู่ที่ไหนต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยปริมาตรของเซมิคอนดักเตอร์ (พลังงานความร้อนจำเพาะ)

j คือความหนาแน่นกระแส

การไล่ระดับอุณหภูมิตามตัวอย่าง

t คือสัมประสิทธิ์ของทอมสัน ซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะของเซมิคอนดักเตอร์และอุณหภูมิของสารกึ่งตัวนำ

สูตรข้างต้น (รูปแบบความแตกต่างที่เรียกว่ากฎ) สามารถนำไปใช้กับส่วนของตัวอย่าง x ซึ่งกระแส I ไหลและมีความแตกต่างของอุณหภูมิบางอย่าง: (ดูรูปที่ 1)

เซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าผสม

กฎของทอมสันในรูปแบบอินทิกรัลกำหนดจำนวนรวมของ Qt ความร้อนของทอมสันที่ปล่อยออกมา (หรือถูกดูดซับ) ในปริมาตรทั้งหมดของเซมิคอนดักเตอร์ที่พิจารณา (DV=SЧDx) ในช่วงเวลา t:

,

หรือในที่สุด:

Qt= tHDT HCH t

ในกรณีนี้ ผลกระทบของทอมสันถือเป็นค่าบวก หากกระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางของการไล่ระดับอุณหภูมิ (I dT/dx) ทำให้เซมิคอนดักเตอร์ร้อนขึ้น (Qt>0) และเป็นลบหากเย็นลงที่กระแสเดียวกัน ทิศทาง (Qt<0).

คำอธิบายของปรากฏการณ์ Thomson สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ที่มีตัวนำพาชนิดหนึ่ง (อิเล็กตรอนหรือรู) คล้ายกับกรณีของตัวนำโลหะ ประการแรก จำเป็นต้องคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของพลังงานเฉลี่ยของตัวพาประจุตามตัวอย่างเนื่องจากความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ ในส่วนที่ร้อนกว่าของเซมิคอนดักเตอร์ พลังงานเฉลี่ยของอิเล็กตรอน (หรือรู) จะมากกว่าในส่วนที่มีความร้อนน้อยกว่า ดังนั้นหากทิศทางของกระแสในเซมิคอนดักเตอร์สอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของตัวพาปัจจุบันจากจุดร้อนไปยังจุดเย็น พวกมันก็จะถ่ายเทพลังงานส่วนเกินไปยังผลึกขัดแตะ ส่งผลให้เกิดการปลดปล่อยความร้อนของทอมสัน (Qt>0 ).

ในทิศทางย้อนกลับของกระแส ตัวพาประจุซึ่งเคลื่อนที่จากปลายเย็นไปยังปลายที่ร้อน จะเติมพลังงานให้เต็มเนื่องจากโครงข่าย กล่าวคือ ปริมาณความร้อนที่สอดคล้องกันจะถูกดูดซับ (Qt<0).

ในเซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าแบบผสม เมื่อมีกระแสไฟฟ้า อิเล็กตรอนและรูจะเคลื่อนที่เข้าหากัน และฟลักซ์ความร้อนที่ถ่ายเทโดยพวกมันจะได้รับการชดเชย ดังนั้นในรูป 1 รูเคลื่อนจากปลายร้อนไปยังปลายเย็น ซึ่งในกรณีที่ไม่มีการนำไฟฟ้า ควรนำไปสู่การปล่อยความร้อนของทอมสัน อย่างไรก็ตาม ด้วยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน (จากปลายเย็นไปยังปลายร้อน) การดูดซับความร้อนจึงสัมพันธ์กัน เป็นผลให้เมื่อความเข้มข้นและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและรูเท่ากัน ความร้อนของทอมสันจะไม่ถูกปล่อยออกมา (Qt=0)

ปัจจัยที่สองที่ต้องนำมาพิจารณานั้นเกี่ยวข้องกับสนามไฟฟ้าเทอร์โมพาวเวอร์ที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่ไม่เท่ากันของอุณหภูมิ (รูปที่ 2, 3)

การปลดปล่อยและการดูดซับความร้อนของทอมสันในเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

n-ตัวนำ

การปลดปล่อยและการดูดซับความร้อนของทอมสันในเซมิคอนดักเตอร์แบบรู

p-conductor

พิจารณาเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการนำไฟฟ้า ให้ Т1>Т2 เช่น การไล่ระดับอุณหภูมิถูกเปลี่ยนทิศทางจากจุดที่ 2 ไปยังจุดที่ 1 (รูปที่ 2) การแพร่กระจายของอิเล็กตรอนจากปลายร้อนไปยังจุดเย็นทำให้เกิดการแยกประจุ ส่งผลให้เกิดสนามไฟฟ้าของพลังงานความร้อน ET ที่มีทิศทางตั้งแต่ 1 ถึง 2, i เทียบกับการไล่ระดับอุณหภูมิ หากกระแสไหลไปในทิศทางของการไล่ระดับอุณหภูมิ (อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปในทิศทางของสนาม ET) จากนั้นสนาม ET จะทำให้อิเล็กตรอนช้าลง และส่วนเซมิคอนดักเตอร์ 1-2 จะเย็นลง (Qt<0). Если ток течет в обратном направлении, то произойдет нагревание участка 1-2.

ในเซมิคอนดักเตอร์แบบรู อัตราส่วนจะเป็นผกผัน (รูปที่ 3) ปรากฏการณ์นี้ดูเหมือนว่ามีการไหลของความร้อนเพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับเส้นทางของกระแสไฟฟ้าซ้อนทับกับการไหลของความร้อนตามปกติที่เกิดจากการนำความร้อน ในเซมิคอนดักเตอร์แบบรู ฟลักซ์ความร้อนเพิ่มเติมจะพุ่งไปในทิศทางเดียวกับกระแสไฟฟ้าไหล ในเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ ทิศทางของกระแสและความร้อนอยู่ตรงข้ามกัน

ปัจจัยที่พิจารณาจะกระทำในทิศทางตรงกันข้าม โดยไม่ได้กำหนดขนาดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเครื่องหมายของ t และ Qt ด้วย

สำหรับการศึกษาเชิงปริมาณของปรากฏการณ์ทอมสัน สามารถใช้การทดลองได้ ซึ่งแผนภาพแสดงไว้ในรูปที่ 4

แบบแผนการทดลองสังเกตผลกระทบของทอมสัน

แท่ง AB และ CD ที่เหมือนกันสองอันที่นำมาจากวัสดุที่ทำการทดสอบ (ตัวอย่างเช่น เซมิคอนดักเตอร์ชนิด p) ปลาย A และ C เชื่อมต่อเข้าด้วยกันและคงไว้ที่อุณหภูมิเดียวกัน (เช่น TA=TC=100°C) อุณหภูมิของปลายอิสระ B และ D ก็เท่ากัน (เช่น TB=TD=0°C) ในการทดลอง ความแตกต่างของอุณหภูมิวัดจากจุด a และ b สองจุด โดยเลือกในลักษณะที่เมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้า อุณหภูมิจะเท่ากัน (Ta=Tb=T0) เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านในแท่งเดียว (ในรูป นี่คือแท่งซีดี) การไหลของความร้อนเพิ่มเติมจะส่งผ่านจากซ้ายไปขวา (Qt> 0) และในแท่งอีกอัน (AB) - จากขวาไปซ้าย ( Qt<0). В результате между точками а и b возникает разность температур DТ=Тa -Тb, которая регистрируется термопарами. При изменении направления тока знак разности температур изменяется на противоположный.

เอฟเฟกต์ของทอมสันก็เหมือนกับปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริกอื่น ๆ ที่มีลักษณะทางปรากฏการณ์วิทยา

สัมประสิทธิ์ของทอมสันสัมพันธ์กับสัมประสิทธิ์เพลเทียร์ p และกำลังความร้อน a โดยความสัมพันธ์ของทอมสัน:

.

สำหรับห่วงโซ่ที่ประกอบด้วยสองวัสดุที่แตกต่างกัน เรามี:

.

เมื่อพิจารณาถึงความสัมพันธ์เหล่านี้แล้ว เราสามารถหาค่าของการพึ่งพา t กับอุณหภูมิ ความเข้มข้นของพาหะ เป็นต้น

จากการวัดสัมประสิทธิ์ของทอมสัน เราสามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์ทางเทอร์โมอิเล็กทริกของวัสดุหนึ่งวัสดุได้ และไม่ใช่ความแตกต่างในสัมประสิทธิ์ของวัสดุสองชนิด เช่นเดียวกับการวัดโดยตรงของ a และ p นี้ช่วยให้โดยการวัด t และพิจารณาจากมัน ในโลหะชิ้นใดชิ้นหนึ่ง ให้หามาตราส่วนเทอร์โมอิเล็กทริกสัมบูรณ์

เอฟเฟกต์ของทอมสันไม่มีการใช้งานทางเทคนิค แต่จะต้องนำมาพิจารณาในการคำนวณอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกที่แม่นยำ

ผลกระทบนี้อธิบายและค้นพบในปี พ.ศ. 2397 โดยวิลเลียม ทอมสัน ผู้พัฒนาทฤษฎีอุณหพลศาสตร์ของเทอร์โมอิเล็กทริก

เวลา

เวลาเริ่มต้น (บันทึกถึง -3 ถึง 2);

อายุการใช้งาน (บันทึก tc 13 ถึง 15);

เวลาในการย่อยสลาย (log td -3 ถึง 2);

เวลาในการพัฒนาที่เหมาะสมที่สุด (บันทึก tk -2 ถึง 1)

แผนภาพ:

การรับรู้ทางเทคนิคของผลกระทบ

การนำผลของทอมสันไปใช้ในเซมิคอนดักเตอร์

คำอธิบายการใช้งานทางเทคนิคของเอฟเฟกต์ Thomson (แบบแผนประสบการณ์สำหรับการศึกษาเชิงปริมาณของปรากฏการณ์) มีให้ในหัวข้อ "สาระสำคัญ" ดูรูปที่ 4 และแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับเรื่องนี้

การใช้เอฟเฟกต์

ผลกระทบของ Thomson ไม่มีการใช้งานทางเทคนิค แต่ต้องนำมาพิจารณาในการคำนวณอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกที่ค่อนข้างแม่นยำ

ตัวอย่างเช่น เมื่อพิจารณาประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกเพื่อพิจารณาความร้อนของทอมสัน ค่าสัมประสิทธิ์กำลังความร้อนจะถูกคำนวณเป็นค่าเฉลี่ยของค่าที่ปลายทั้งสองของเทอร์โมอิเลเมนต์

1. สารานุกรมกายภาพ.- M.: Great Russian Encyclopedia, 1998.- T.3.- S.552.- T.5.- S.98-99.

2. ศุภคิน เอส.ดี. วิชาฟิสิกส์ทั่วไป.- ม.: เนาคา, 1977.- เล่ม3. การไฟฟ้า.- ส.481-490.

3. สติลบันส์ แอล.เอส. ฟิสิกส์ของเซมิคอนดักเตอร์.- M. , 1967.- S.75-83, 292-311.

4. ไออฟฟี่ เอเอฟ เทอร์โมอิเลเมนต์สารกึ่งตัวนำ - ม., 1960.

ผลต่างศักย์การสัมผัสที่ได้คือ:

ϕ − ϕ		= −(A	− A ) / e +

พิจารณากรณีที่นำตัวนำที่แตกต่างกันสามตัวมาสัมผัสที่อุณหภูมิเดียวกัน

ความต่างศักย์ระหว่างปลายของวงจรเปิดจะเท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของการกระโดดที่อาจเกิดขึ้นในรายชื่อทั้งหมด:

ϕ 1 - ϕ 3 = (ϕ 1 - ϕ 2 ) + (ϕ 2 - ϕ 3 ) ,

ดังนั้นโดยใช้ความสัมพันธ์ (1) และ (2) เราได้รับ:

ϕ − ϕ		= −(A − A ) / e +

ดังที่เห็นได้ชัดเจน ความต่างศักย์ของการสัมผัสไม่ได้ขึ้นอยู่กับตัวนำระดับกลาง

รูปที่ 1 การเชื่อมต่อตัวนำไฟฟ้าที่แตกต่างกันสามตัว

หากคุณปิดวงจรไฟฟ้าดังแสดงในรูปที่ 1 แสดงว่า e ที่ใช้ ดีเอส ε จะเท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของการกระโดดที่อาจเกิดขึ้นทั้งหมดเมื่อเคลื่อนที่ไปรอบๆ วงจร:

ε = (ϕ 1 - ϕ 2 ) + (ϕ 2 - ϕ 3 ) + (ϕ 3 - ϕ 1 ) , (6)

ดังนั้นจึงเป็นไปตามนั้น ε =0

ดังนั้นเมื่อวงจรไฟฟ้าปิดเกิดขึ้นจากตัวนำโลหะหลายตัวที่อุณหภูมิเท่ากัน e. ดีเอส เนื่องจากความต่างศักย์สัมผัสไม่เกิดขึ้น เพื่อให้กระแสเกิดขึ้น จุดต่อของตัวนำต้องอยู่ที่อุณหภูมิต่างกัน

ความต่างศักย์จากการสัมผัสเกิดขึ้นไม่เฉพาะระหว่างโลหะสองชนิดเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นระหว่างสารกึ่งตัวนำสองตัว โลหะหนึ่งและสารกึ่งตัวนำ ไดอิเล็กทริกสองตัวด้วย

1.2 ปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริก

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าหน้าที่การทำงานของอิเล็กตรอนจากโลหะนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ดังนั้นความต่างศักย์สัมผัสจึงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิด้วย หากอุณหภูมิของหน้าสัมผัสของวงจรปิดที่ประกอบด้วยโลหะหลายชนิดไม่เท่ากัน ผลรวม e ดีเอส วงจรจะไม่เท่ากับศูนย์และมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในวงจร ปรากฏการณ์ของกระแสเทอร์โมอิเล็กทริก (ซีเบคเอฟเฟกต์) และเอฟเฟกต์เพลเทียร์และทอมสันที่เกี่ยวข้องเป็นของปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริก

ดูผล

ผลกระทบของ Seebeck คือการเกิดขึ้นของกระแสไฟฟ้าในวงจรปิดซึ่งประกอบด้วยตัวนำไฟฟ้าที่แตกต่างกันซึ่งเชื่อมต่อเป็นอนุกรม หน้าสัมผัสระหว่างนั้นจะมีอุณหภูมิต่างกัน ผลกระทบนี้ถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน T. Seebeck ในปี 1821

พิจารณาวงจรปิดที่ประกอบด้วยตัวนำสองตัว 1 และ 2 ที่มีอุณหภูมิทางแยก TA (หน้าสัมผัส A) และ TB (หน้าสัมผัส B) แสดงในรูปที่ 2

เราพิจารณา TA > ทีวี แรงเคลื่อนไฟฟ้า ε ที่เกิดขึ้นในวงจรนี้เท่ากับผลรวมของการกระโดดที่อาจเกิดขึ้นในหน้าสัมผัสทั้งสอง:

ε = (ϕ 1 − ϕ 2 ) + (ϕ 2 − ϕ 1 )

โดยใช้ความสัมพันธ์ (3) เราได้รับ:

ε = (T		−T

ดังนั้นในวงจรปิด จ. ง. ค่าที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแตกต่างของอุณหภูมิที่หน้าสัมผัส นี่คือแรงเทอร์โมอิเล็กโทรโมทีฟ

(เช่น d.s.)

ในเชิงคุณภาพ เอฟเฟกต์ Seebeck สามารถอธิบายได้ดังนี้ แรงภายนอกที่สร้างพลังงานเทอร์โมอิเล็กตริกมีต้นกำเนิดจากจลนศาสตร์ เนื่องจากอิเลคตรอนภายในโลหะนั้นไม่มีอิสระ จึงถือได้ว่าเป็นก๊าซชนิดหนึ่ง ความดันของก๊าซนี้จะต้องเท่ากันตลอดความยาวของตัวนำ หากส่วนต่าง ๆ ของตัวนำมีอุณหภูมิต่างกัน จะต้องกระจายความเข้มข้นของอิเล็กตรอนซ้ำเพื่อทำให้ความดันเท่ากัน สิ่งนี้นำไปสู่การสร้างกระแส

ทิศทางของกระแส I แสดงในรูปที่ 2 สอดคล้องกับกรณี TA >TB , n1 >n2 หากคุณเปลี่ยนเครื่องหมายของความแตกต่างของอุณหภูมิของหน้าสัมผัสทิศทางของกระแสจะเปลี่ยนเป็นตรงกันข้าม

ผลเพลเทียร์

ผลกระทบของเพลเทียร์เป็นปรากฏการณ์ของการปลดปล่อยหรือการดูดซับความร้อนเพิ่มเติม นอกเหนือจากความร้อนจูลเมื่อสัมผัสกับตัวนำที่แตกต่างกัน 2 ตัว ขึ้นอยู่กับทิศทางที่กระแสไฟฟ้าไหล เอฟเฟกต์เพลเทียร์เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับเอฟเฟกต์ Seebeck หากความร้อนของจูลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของกระแส ความร้อนของเพลเทียร์จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสไฟต่อกำลังแรกและเปลี่ยนเครื่องหมายเมื่อทิศทางของกระแสเปลี่ยน

พิจารณาวงจรปิดที่ประกอบด้วยตัวนำโลหะสองชนิดที่แตกต่างกัน โดยที่กระแส I΄ ไหล (รูปที่ 3) ให้ทิศทางของกระแส I΄ ตรงกับทิศทางของกระแสที่ฉันแสดงในรูปที่ 2 สำหรับกรณี TV>TA ติดต่อ A ซึ่งในเอฟเฟกต์ Seebeck จะมีมากกว่า อุณหภูมิสูงตอนนี้จะเย็นลงและการติดต่อ B จะร้อนขึ้น ค่าความร้อน Peltier ถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์:

Q \u003d PI / t

โดยที่ I΄ คือความแรงในปัจจุบัน t คือเวลาที่ผ่านไป P คือสัมประสิทธิ์ Peltier ซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะของวัสดุที่สัมผัสและอุณหภูมิ

เนื่องจากมีความต่างศักย์สัมผัสที่จุด A และ B สนามไฟฟ้าสัมผัสจึงเกิดขึ้นด้วยความแรง E r . ในการติดต่อ A ฟิลด์นี้เหมือนกับทิศทาง

การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน และเมื่อสัมผัส B อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ปะทะกับสนาม E r . เนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุลบ พวกมันจะถูกเร่งโดยการสัมผัส B ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์ เมื่อชนกับไอออนของโลหะ อิเล็กตรอนเหล่านี้จะถ่ายเทพลังงานไปยังพวกมัน เป็นผลให้พลังงานภายในที่จุด B เพิ่มขึ้นและการสัมผัสจะร้อนขึ้น ที่

จุด A ในทางกลับกัน พลังงานของอิเล็กตรอนลดลง เนื่องจากสนาม E r ทำให้พวกมันช้าลง ดังนั้นการติดต่อ A จึงเย็นลงเพราะ อิเล็กตรอนได้รับพลังงานจากไอออนที่บริเวณโครงผลึก

ทอมสันเอฟเฟค

ผลกระทบของทอมสันประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อกระแสไหลผ่านตัวนำความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ ความร้อนเพิ่มเติมจะถูกปล่อยหรือดูดซับ ซึ่งคล้ายกับเอฟเฟกต์เพลเทียร์

เนื่องจากส่วนต่าง ๆ ของตัวนำได้รับความร้อนต่างกัน สถานะทางกายภาพของตัวนำจึงต่างกันด้วย ตัวนำความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอจะทำหน้าที่เหมือนระบบของส่วนที่ต่างกันทางกายภาพเมื่อสัมผัสกัน ในส่วนที่ร้อนกว่าของตัวนำ พลังงานของอิเล็กตรอนจะสูงกว่าส่วนที่ร้อนน้อยกว่า ดังนั้นในกระบวนการเคลื่อนที่ พวกมันจึงยอมสละพลังงานส่วนหนึ่งให้กับไอออนของโลหะที่โหนดของผลึกขัดแตะ เป็นผลให้ความร้อนถูกปล่อยออกมา หากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงขึ้น อิเล็กตรอนก็จะเพิ่มพลังงานขึ้นเนื่องจากพลังงานของไอออน และโลหะจะเย็นตัวลง

2. การใช้งานจริงของปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริก

เอฟเฟกต์ Seebeck ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์สำหรับการวัดอุณหภูมิและอุปกรณ์สำหรับการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง อุปกรณ์ดังกล่าวที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยตัวนำโลหะที่แตกต่างกันสองตัว M1 และ M2 ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมโดยการบัดกรีหรือการเชื่อม วงจรดังกล่าวเรียกว่าเทอร์โมคัปเปิลคอนเวอร์เตอร์ (thermocouple) ตัวนำที่ประกอบเป็นเทอร์โมคัปเปิลเรียกว่าอิเล็กโทรดและสถานที่ที่เชื่อมต่อกันคือทางแยก รูปที่ 4 แสดงวงจรเทอร์โมคัปเปิลทั่วไป

รูปที่ 4 วงจรเทอร์โมคัปเปิลทั่วไป

ในรูปที่ 4a อุปกรณ์วัด 1 เชื่อมต่อโดยใช้สาย 2 กับช่องว่างของเทอร์โมอิเล็กโทรด M1 ตัวใดตัวหนึ่ง นี่คือวงจรเทอร์โมคัปเปิลทั่วไปที่มีหน้าสัมผัสแบบควบคุมอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิของจุดต่อจุดใดจุดหนึ่งคงที่ (ปกติอยู่ที่อุณหภูมิของน้ำแข็งละลาย 273K)

ในรูปที่ 4b อุปกรณ์วัดเชื่อมต่อกับปลายเทอร์โมอิเล็กโทรด M1 และ M2 TA และ TB คืออุณหภูมิของหน้าสัมผัส "ร้อน" และ "เย็น" ของเทอร์โมคัปเปิลตามลำดับ นี่เป็นวงจรทั่วไปสำหรับการเปิดเทอร์โมคัปเปิลที่มีหน้าสัมผัส "ไม่ได้ใช้งาน" ที่ไม่มีอุณหภูมิความร้อน เมื่ออุณหภูมิทีวีเท่ากับอุณหภูมิแวดล้อม

ค่าความร้อน ε ของเทอร์โมคัปเปิลในช่วงอุณหภูมิขนาดเล็กเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างทางแยก:

ε = α 12 (T A - T B ) ,

ที่ไหน αAB - ค่าสัมประสิทธิ์เท ดีเอส(ค่าของ t.e.f.s. ที่เกิดจากส่วนต่าง

อุณหภูมิทางแยกใน 1K)

α 12 = dT d ε หรือ α 12 = ∆ ∆ T ε .

ค่าสัมประสิทธิ์กำลังความร้อน α 12 ขึ้นอยู่กับสัมประสิทธิ์ของเท ดีเอส สาร α 1 และ α 2 ของเทอร์โมอิเล็กโทรด:

α 12 = α 1 − α 2 .

ค่าสัมประสิทธิ์ของทีอี ดีเอส สารต่าง ๆ ถูกกำหนดโดยสัมพันธ์กับตะกั่วซึ่งα Pb = 0 สัมประสิทธิ์ของเท ดีเอส เป็นได้ทั้งบวกและ

ค่าลบและโดยทั่วไปขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

เพื่อให้ได้ค่าสูงสุดของเท ดีเอส จำเป็นต้องเลือกวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์สูงสุดเช่น ดีเอส เครื่องหมายตรงข้าม

ด้วยการเพิ่มความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างทางแยกเช่น ดีเอส จะไม่เปลี่ยนแปลงตามกฎเชิงเส้น ดังนั้น ก่อนทำการวัดอุณหภูมิด้วยเทอร์โมคัปเปิล จึงได้มีการสอบเทียบ

ช่วงอุณหภูมิที่วัดโดยเทอร์โมคัปเปิลนั้นใหญ่มาก ตั้งแต่อุณหภูมิของฮีเลียมเหลวไปจนถึงหลายพันองศา เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการวัด จะใช้วงจรเชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลที่มีหน้าสัมผัสแบบควบคุมอุณหภูมิ (รูปที่ 4a)

เทอร์โมพาวเวอร์มีความไวต่อสารเคมีเจือปนในบริเวณทางแยกมาก เพื่อป้องกันจุดเชื่อมต่อการทำงานของเทอร์โมคัปเปิลจากอิทธิพลของสารเคมีภายนอก สามารถวางไว้ในเปลือกป้องกันสารเคมี

เพื่อเพิ่มกำลังของเทอร์โมอิเล็กทริก เทอร์โมคัปเปิลเชื่อมต่อแบบอนุกรมในเทอร์โม ทางแยกที่เท่ากันทั้งหมดจะถูกรักษาไว้ที่อุณหภูมิหนึ่ง และทางแยกแบบคี่ที่อีกทางหนึ่ง แรงเทอร์โมอิเล็กโทรโมทีฟของแบตเตอรี่ดังกล่าวเท่ากับผลรวมของ t. e. ดีเอส องค์ประกอบแต่ละอย่างของมัน

รูปที่ 5 เทอร์โมไพล์

เทอร์โมไพล์จิ๋วซึ่งประกอบด้วยแถบที่บางที่สุดของวัสดุสองชนิดที่แตกต่างกัน ใช้เพื่อตรวจจับวัตถุที่ให้ความร้อนและวัดการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมา เมื่อใช้ร่วมกับกัลวาโนมิเตอร์ที่มีความละเอียดอ่อนหรืออุปกรณ์ขยายสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ พวกเขาสามารถตรวจจับได้ เช่น การแผ่รังสีความร้อนของมือมนุษย์ในระยะห่างหลายเมตร เทอร์โมไพล์ที่มีความไวสูงช่วยให้สามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์สำหรับอุปกรณ์เตือนอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นได้

เทอร์โมแบตเตอรียังใช้เป็นเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าอีกด้วย มีการออกแบบที่เรียบง่ายและไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวทางกล อย่างไรก็ตาม การใช้เทอร์โมอิเลเมนต์ที่เป็นโลหะเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นไม่มีประสิทธิภาพ ดังนั้นจึงใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ในการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า

เนื่องจากเอฟเฟกต์เพลเทียร์เกี่ยวข้องกับกระบวนการปล่อยความร้อนและการดูดซับ จึงใช้ในอุปกรณ์ทำความเย็น (ตู้เย็น)

3. การปรับเทียบเทอร์โมคัปเปิล

สำหรับการสอบเทียบจะใช้ค่าอุณหภูมิที่ทราบล่วงหน้าด้วยความแม่นยำสูง (เช่น อุณหภูมิของน้ำแข็งละลาย น้ำเดือด การหลอมโลหะบริสุทธิ์) ระหว่างการสอบเทียบ ชุมทางเย็นของเทอร์โมคัปเปิลจะถูกปรับอุณหภูมิในภาชนะ Dewar ที่มีน้ำแข็งละลาย (กล่าวคือ รักษาที่อุณหภูมิ 00 C) และทางแยกที่สองจะถูกแช่สลับกันในอ่างที่มีอุณหภูมิที่ทราบ ผลลัพธ์ของการสอบเทียบจะแสดงในรูปแบบของตารางสอบเทียบหรือกราฟของการพึ่งพา เช่น ดีเอส จากอุณหภูมิ

ภาคผนวก

คำอธิบายควอนตัมของการปรากฏของ T.E.D.S.

การเกิดแรงเทอร์โมอิเล็กโทรโมทีฟเกิดจากสาเหตุสามประการ:

1. การพึ่งพาอุณหภูมิของระดับ Fermi ซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของส่วนประกอบสัมผัสเช่น ดีเอส;

2. การแพร่กระจายของตัวพาประจุจากปลายร้อนไปสู่ความเย็น ซึ่งกำหนดสัดส่วนปริมาตรของ t ดีเอส;

3. กระบวนการลากอิเล็กตรอนด้วยโฟนอนทำให้มีส่วนประกอบเพิ่มขึ้นอีก 1 ส่วน

- โฟนอน

พิจารณาเหตุผลแรก พลังงานจลน์สูงสุดของอิเล็กตรอนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในโลหะที่ 0K

เรียกว่าพลังงานแฟร์มี ระดับ Fermi ที่ศูนย์สัมบูรณ์และความเข้มข้นของอิเล็กตรอนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์:

	เอฟ(0) =		(3 π 2 น ) 2 / 3
		8 π 2 นาที

โดยที่ h คือค่าคงที่ของพลังค์ m คือมวลอิเล็กตรอน n คือความเข้มข้นของอิเล็กตรอนการนำไฟฟ้า

ในโลหะที่ต่างกัน ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนนำไฟฟ้าไม่เหมือนกัน ดังนั้น Fermi ระดับ EF1 และ EF2 ก็จะแตกต่างกันด้วย ให้ความเข้มข้น n2 ในโลหะ M2 มากกว่าความเข้มข้น n1 ในโลหะ M1 พิจารณาไดอะแกรมพลังงานของตัวนำสองตัว M1 และ M2 ซึ่งอยู่ห่างจากกันเล็กน้อย (รูปที่ P1a) ให้ W0 เป็นพลังงานของอิเล็กตรอนอิสระที่เหลือในสุญญากาศ โดยที่พลังงานศักย์ของมันจะเท่ากับศูนย์ จากนั้นเมื่อเทียบกับระดับนี้ พลังงานศักย์ของอิเล็กตรอนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในโลหะจะถูกกำหนดโดยพลังงานศักย์ภายใน eφ และ งานที่มีประสิทธิภาพเอาต์พุต A และพลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและระดับ Fermi เราแสดงพลังงานทั้งหมดของอิเล็กตรอนในโลหะเป็น EF + eφ

หากโลหะ M1 และ M2 ถูกสัมผัส (รูปที่ P1 b, c) การแพร่กระจายของอิเล็กตรอนจะเริ่มขึ้นในระหว่างที่อิเล็กตรอนจะผ่านจากโลหะ 2 ไปยังโลหะ 1 เนื่องจาก n1

ข้าว. ป.1 แผนภาพพลังงานของโลหะสองชนิด:

ก) ไม่มีการติดต่อ b) ในการติดต่อ แต่ไม่มีความสมดุล ค) ความสมดุล

อันที่จริงในโลหะ M2 มีระดับพลังงานที่เติมอยู่ซึ่งอยู่เหนือระดับ Fermi E F1 ของโลหะชนิดแรก อิเล็กตรอนจากระดับเหล่านี้จะเคลื่อนไปยังระดับอิสระของโลหะ M1 ซึ่งอยู่เหนือระดับ E F1 จากผลของการแพร่กระจาย โลหะ 2 จะถูกประจุบวก และโลหะ 1 เป็นลบ และระดับ Fermi ของโลหะแรกจะเพิ่มขึ้น และของโลหะที่สอง

ลงไป ดังนั้นสนามไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในพื้นที่สัมผัสและ

เพราะฉะนั้น และความต่างศักย์การติดต่อภายใน ซึ่งป้องกันการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนต่อไป ที่ค่าหนึ่งของความต่างศักย์การติดต่อภายใน U 12 ความสมดุลจะถูกสร้างขึ้นระหว่างโลหะและระดับ Fermi จะเท่ากัน สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อพลังงานเท่ากัน

E F 1 + e ϕ 1= E F 2 + e ϕ 2 .

นี่แสดงถึงการแสดงออกถึงความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นจากการติดต่อภายใน

ϕ 1 − ϕ 2 = คุณ 12		E F1 - E F2

หากทางแยก A และ B ของตัวนำทั้งสองมีอุณหภูมิเท่ากัน ความต่างศักย์สัมผัสจะเท่ากันและมีเครื่องหมายตรงข้ามกัน นั่นคือ พวกมันจะตัดกันออกจากกัน

ในการกำเนิด สันนิษฐานว่าโลหะมีอุณหภูมิต่ำ อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์จะยังคงเป็นจริงในอุณหภูมิอื่นๆ เช่นกัน คุณต้องจำไว้ว่าที่ T≠0K ระดับ Fermi ไม่เพียงขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของอิเล็กตรอนเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิด้วย

โดยมีเงื่อนไขว่าkT<<ЕF эта зависимость имеет следующий вид:

−π

≈ อี

(0 )1

อี เอฟ (0 )

ดังนั้น หากรักษาอุณหภูมิที่แตกต่างกันที่ทางแยก A และ B ผลรวมของการกระโดดที่อาจเกิดขึ้นในทางแยกจะแตกต่างจากศูนย์และทำให้เกิด EMF EMF นี้เนื่องจากความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นจากการสัมผัสตามนิพจน์ P2 เท่ากับ:

ε k \u003d U 12 (TA ) + U 12 (T B ) \u003d 1 e ( [ E F 1 (TA ) - E F 2 (TA )] + [ E F 1 (T B ) - E F 2 (T B ) ] ) =

1 e ( [ E F 2 (T B) − E F 2 (T A) ] + [ E F1 (T B) − E F1 (TA) ] )

นิพจน์สุดท้ายสามารถแสดงได้ดังนี้:

	= ∫ ว	1 เดฟ 2		dT − ∫ B	1 เดฟ 1		ดีที
	T A e			T A e

เหตุผลที่สองกำหนดองค์ประกอบเชิงปริมาตรเช่น d.s. เกี่ยวข้องกับการกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอในตัวนำ หากการไล่ระดับอุณหภูมิคงที่ ความร้อนจะไหลผ่านตัวนำอย่างต่อเนื่อง ในโลหะ การถ่ายเทความร้อนส่วนใหญ่กระทำโดยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า มีการแพร่ไหลของอิเล็กตรอนพุ่งตรงไปกระทบกับการไล่ระดับอุณหภูมิ เป็นผลให้ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนที่ปลายร้อนจะลดลงและที่ปลายเย็น

จะเพิ่มขึ้น. สนามไฟฟ้า E r T เกิดขึ้นภายในตัวนำ โดยมุ่งตรงที่ระดับอุณหภูมิ ซึ่งจะป้องกันไม่ให้ประจุแยกออกจากกันอีก (รูปที่ P2)

ข้าว. P2 การเกิดขึ้นของ t.e. ดีเอส ในวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกันเนื่องจากความไม่สอดคล้องกันเชิงพื้นที่ของอุณหภูมิ

ดังนั้น ในสภาวะสมดุล การไล่ระดับอุณหภูมิตามตัวอย่างจะสร้างความต่างศักย์คงที่ที่ปลายของมัน นี่คือองค์ประกอบการแพร่กระจาย (หรือปริมาตร) เช่น ds ซึ่งถูกกำหนดโดยอุณหภูมิที่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของตัวพาประจุและการเคลื่อนที่ของพวกมัน ในกรณีนี้ สนามไฟฟ้าเกิดขึ้นกับโลหะส่วนใหญ่ ไม่ใช่บนหน้าสัมผัสเอง

แหล่งที่สามของ t. e. ดีเอส เป็นผลลากของอิเล็กตรอนโดยโฟนอน เมื่อมีอุณหภูมิไล่ระดับไปตามตัวนำ จะเกิดโฟรอนลอยขึ้น (ควอนตาพลังงานของการสั่นสะเทือนแบบยืดหยุ่นของโครงตาข่าย) ซึ่งส่งตรงจากปลายร้อนไปยังจุดเย็น เมื่อชนกับอิเล็กตรอน โฟนอนจะเคลื่อนที่ตรงไปยังพวกมัน ลากพวกมันไปด้วย ด้วยเหตุนี้ ประจุลบจะสะสมใกล้กับปลายเย็นของตัวอย่าง (และประจุบวกที่ปลายร้อน) จนกว่าผลต่างที่อาจเกิดขึ้นจะสมดุลกับเอฟเฟกต์การลาก ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นนี้เป็นองค์ประกอบเพิ่มเติมของ i.e. d.s. ซึ่งมีส่วนร่วมที่อุณหภูมิต่ำจะแตกหัก:

ε 1 AB	= ∫ V d ϕ =∫ V d ϕ dT = ∫ V			β 1 dT , (P5)
		ดีT

โดยที่ β 1 \u003d d dT ϕ - สัมประสิทธิ์ของปริมาตร e ดีเอส ในโลหะ M1

ε 2 AB	= −∫ d ϕ = − ∫ d ϕ dT = −∫ β 2 dT

โดยที่ β 2 \u003d d dT ϕ - สัมประสิทธิ์ของปริมาตร e ดีเอส ในโลหะ M2

ผลรวมของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหล่านี้ก่อให้เกิดแรงเทอร์โมอิเล็กโทรโมทีฟ

εT = εk + ε A 21 + ε B 12 . (ป7)

แทนที่นิพจน์ (A4), (A5) และ (A6) ให้เป็นความเท่าเทียมกัน (A7) เราได้รับ

โทรทัศน์			1 เดฟ 1						1 เดฟ 2
ε Т = ∫					dT − ∫						ดีที (P8)
TA			e dT						e dT

ค่า α = β − 1 e dE dT F เรียกว่าสัมประสิทธิ์ กล่าวคือ ดีเอส และเป็นหน้าที่

อุณหภูมิ.

ค่าสัมบูรณ์ของสัมประสิทธิ์เทอร์โมอิเล็กทริกทั้งหมดเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของพาหะที่ลดลง ในโลหะ ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระสูงมากและไม่

ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ก๊าซอิเล็กตรอนอยู่ในสถานะเสื่อมโทรม ดังนั้น ระดับ Fermi พลังงาน และความเร็วของอิเล็กตรอนจึงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเล็กน้อย ดังนั้น ค่าสัมประสิทธิ์ทางความร้อนของโลหะ "คลาสสิก" จึงมีขนาดเล็กมาก (เรียงตามลำดับ μV/K) สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ α สามารถเกิน 1,000 µV/K

การใช้สัมประสิทธิ์ α เราแสดงนิพจน์ (A8) ในรูปแบบ:

โดยที่ α 12 \u003d α 1 - α 2 - เรียกว่า thermoelectromotive ที่แตกต่างกันหรือเฉพาะ

ความแข็งแรงของโลหะคู่หนึ่งที่กำหนด

หาก α 12 ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเล็กน้อย สูตร (A9) สามารถแสดงได้ประมาณดังนี้:

ε = α 12 (T B - T A ) (P10)

ลำดับการปฏิบัติงานและการประมวลผลผลการวัดเป็นเงิน AUD 317

1. เตรียมโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลสากล V7-23 สำหรับการใช้งาน โดยกดปุ่ม "เครือข่าย" ที่แผงด้านหน้าของอุปกรณ์ แล้วคลิกปุ่ม "อัตโนมัติ" การตั้งค่าขีด จำกัด การวัดอัตโนมัติ

2. เชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลที่เป็นแบบอย่างกับโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอล B7-23 ในการดำเนินการนี้ ให้เปลี่ยน "P" ของบล็อกเทอร์โมคัปเปิลไปที่ตำแหน่ง "TP0"

3. ตั้งค่ากระแสโหลด In = 0.6 A บนแหล่งฮีตเตอร์เทอร์โมคัปเปิล

4. เมื่อถึงอุณหภูมิของฮีตเตอร์เทอร์โมคัปเปิลซึ่ง EMF ของเทอร์โมคัปเปิลอ้างอิงถึงค่าε 0 = 0.5 mV

จำเป็นต้องเชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลที่ตรวจสอบกับอินพุตของโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอล V7-23 แทนเทอร์โมคัปเปิลอ้างอิง เมื่อต้องการทำเช่นนี้ สวิตช์ "P" ของบล็อกเทอร์โมคัปเปิลควรถูกย้ายอย่างรวดเร็วไปยังตำแหน่ง "TPn" และป้อนในตารางผลการวัด ค่าที่ได้รับของ EMF ของเทอร์โมคัปเปิลที่ตรวจสอบ ε n

ตารางที่ 1

						t n \u003d ∆ t + t cf
	อุ่น	ε0 ,	εн ,		แป้ง ,
	ใน

5. เพิ่มกระแสฮีตเตอร์เป็น 0.8A

6. อีกครั้ง ใช้สวิตช์ "P" เพื่อเชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลที่เป็นแบบอย่างกับโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอล V7-23

และเมื่อ EMF ของเทอร์โมคัปเปิลที่เป็นแบบอย่างถึงค่า ε 0 = 1.00mV

สลับ "P" เพื่อสลับไปยังตำแหน่งที่สอดคล้องกับการวัด EMF ของเทอร์โมคัปเปิลที่ตรวจสอบ ค่าที่ได้รับของ EMF ของเทอร์โมคัปเปิลที่ตรวจสอบแล้ว ε n จะถูกป้อนในตารางที่ 1 ของผลการวัดด้วย

7. เพิ่มกระแสฮีตเตอร์ 0.1A

และที่ค่า EMF ของเทอร์โมคัปเปิลที่เป็นแบบอย่าง ε 0 = 1.50 mV

สลับ "P" เพื่อสลับไปยังตำแหน่งที่สอดคล้องกับการวัด EMF ของเทอร์โมคัปเปิลที่ตรวจสอบ ε n ป้อนในตารางที่ 1 ของผลการวัด

8. ในทำนองเดียวกันการเพิ่มกระแสฮีตเตอร์ตามคำแนะนำของตารางที่ 1 วัด EMF ของเทอร์โมคัปเปิลภายใต้การศึกษาที่ค่า EMF ของเทอร์โมคัปเปิลอ้างอิง2.00mV; 2.50mV; 3.00mV; 3.50mV; 4.00mV; 4.50mV; 5.00mV; 5.50mV; 6.00mV;

6.50mV; 7.00mV.

9. จากผลการวัด EMF ของเทอร์โมคัปเปิลอ้างอิง (ดูตารางที่ 1) โดยใช้ตารางสอบเทียบค่า EMF ของเทอร์โมคัปเปิลอ้างอิง กำหนดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายร้อนและเย็นของเทอร์โมคัปเปิล ∆t และบันทึก ในตารางที่ 1

10. กำหนดค่าที่แท้จริงของอุณหภูมิฮีตเตอร์เป็น t n = ∆ t + t cf และ

เขียนค่าอุณหภูมิฮีตเตอร์ที่ได้รับในตารางที่ 1 ที่นี่ t cf คืออุณหภูมิของตัวกลาง

11. ใช้ข้อมูลของตารางสอบเทียบและตารางที่ 1 พล็อตบนกระดาษกราฟ การพึ่งพา EMF ของตัวอย่างและตรวจสอบเทอร์โมคัปเปิลที่ตรวจสอบความแตกต่างของอุณหภูมิของปลาย

12. ใช้กราฟของการพึ่งพา EMF ของเทอร์โมคัปเปิลที่เป็นแบบอย่างและตรวจสอบเกี่ยวกับความแตกต่างของอุณหภูมิของปลายตามแนวลาดของเส้นตรงที่ได้รับ กำหนดค่า

ค่าสัมประสิทธิ์ t.e.α ประมาณ 12 d.s. เทอร์โมคัปเปิลที่เป็นแบบอย่างและ α n 12 ที่ตรวจสอบตามสูตร: α 12 = ∆ ε / ∆ t

13. ค่าสัมประสิทธิ์เท d.s.α 12 - ค่าที่ขึ้นอยู่กับสัมประสิทธิ์ของ t.e. ดีเอส สาร α 1 และ α 2 ซึ่งใช้เทอร์โมคัปเปิลและมีค่าเท่ากับความแตกต่าง α 12 = α 1 − α 2 .

14. การใช้ข้อมูลในตารางที่ 2 สำหรับสัมประสิทธิ์ α 1 และ α 2 t.e. ดีเอส วัสดุที่ใช้เทอร์โมคัปเปิลแบบโครเมล-โคเพลในห้องปฏิบัติการนี้เป็นเทอร์โมคัปเปิลที่เป็นแบบอย่าง คำนวณค่าของสัมประสิทธิ์เท ดีเอส α ประมาณ 12 ของสิ่งนี้

เทอร์โมคัปเปิล เปรียบเทียบค่าสัมประสิทธิ์ที่ได้รับเช่น ดีเอส α ประมาณ 12 ด้วยค่าสัมประสิทธิ์เช่น ดีเอส α o 12 ได้รับเมื่อดำเนินการตามรายการที่ 13 ของภารกิจ

15. ใช้ข้อมูลในตารางที่ 2 กำหนดวัสดุที่ใช้เทอร์โมอิเล็กโทรด A ของเทอร์โมคัปเปิลที่ทำการศึกษา หากทราบว่าเทอร์โมอิเล็กโทรด B ของเทอร์โมคัปเปิลที่ทำการศึกษานั้นทำจากอะลูมิเนียม ซึ่ง α 2 = -17.3 μV / องศา

ตารางที่ 2. ค่าสัมประสิทธิ์ ThermoEMF ของวัสดุบางชนิดที่สัมพันธ์กับตะกั่ว

				ค่าสัมประสิทธิ์
		วัสดุ		เทอร์โมอีเอ็มเอฟ,
		Sb (พลวง)
		เฟ (เหล็ก)
		W (ทังสเตน)
		ออ (ทอง)
		Ag (เงิน)
		Pb (ตะกั่ว)
		พีที (แพลตตินั่ม)
		นิ (นิกเกิล)
		บี (บิสมัท)
		คอนสแตนตาน
		โมลิบดีนัม)
		CuO (ทองแดงออกไซด์)		Ι) ตรวจสอบการประกอบไดอะแกรมการติดตั้งที่ถูกต้องในสถานที่ทำงานตามแผนภาพการเดินสาย (ดูรูปด้านล่าง) ข้าว. แผนภาพการเดินสายไฟ: A - โพเทนชิออมิเตอร์, B - เตาไฟฟ้าพร้อมเทอร์โมคัปเปิล, C - แหล่งจ่ายไฟของเตาหลอม, TXA - เทอร์โมคัปเปิลโครเมียม - อลูเมล ΙΙ) ก่อนเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟเข้ากับแหล่งจ่ายไฟหลัก (TES-88) จำเป็นต้องตั้งค่าปุ่มปรับกระแสไฟแบบหยาบและละเอียด I ให้อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องที่สุด หมุนตามเข็มนาฬิกาจนสุด และปุ่มปรับแรงดันไฟแบบหยาบและละเอียด U ไปที่ตำแหน่งซ้ายสุดโดยหมุนทวนเข็มนาฬิกาจนสุด จากนั้นเปิดแหล่งจ่ายไฟให้กับเครือข่าย ด้วยปุ่มปรับแรงดันไฟฟ้าแบบหยาบ U ให้ตั้งแรงดันไฟฟ้าเป็น 4.0 V หลังจากให้ความร้อนแก่เตาเผาเป็นเวลา 5 นาที ให้วัดค่า t.e. ดีเอส เซ็นเซอร์อุณหภูมิ (เทอร์โมคัปเปิล TCA) เป็นต้น ดีเอส ตรวจสอบเทอร์โมคัปเปิลหมายเลข 1 และหมายเลข 2 ในการดำเนินการนี้ ให้เตรียมอุปกรณ์ P4833 สำหรับการใช้งาน: ขั้นตอนการทำงานกับอุปกรณ์ R4833 เมื่อวัด EMF และแรงดันไฟฟ้า: 1. ก่อนเริ่มงานต้องปล่อยปุ่มโพเทนชิออมิเตอร์ทั้งหมด! 2. กดปุ่ม "G", "BP", "NE", "P" 3. คลิกที่ปุ่มหนึ่ง". 4. ตั้งค่า (ควบคุม) กระแสไฟของวงจรแรกของโพเทนชิออมิเตอร์ เมื่อต้องการทำสิ่งนี้ ให้ตั้งเข็มกัลวาโนมิเตอร์เป็นศูนย์โดยหมุนปุ่มที่ทำงานอยู่ในปัจจุบัน "1” (หยาบ) และ “1” (ละเอียด) ก่อนโดยกดปุ่ม จากนั้นจึงกดปุ่ม 5. คลิกที่ปุ่ม 2". 6. ตั้งค่า (ควบคุม) กระแสไฟของวงจรที่สองของโพเทนชิออมิเตอร์ เมื่อต้องการทำสิ่งนี้ ให้ตั้งเข็มกัลวาโนมิเตอร์เป็นศูนย์โดยหมุนปุ่มที่ทำงานอยู่ในปัจจุบัน "2” (หยาบ) และ “2” (ละเอียด) ก่อนโดยกดปุ่ม จากนั้นจึงกดปุ่ม 7. เชื่อมต่อวัตถุที่จะวัดเข้ากับแคลมป์"-x", "mV" สังเกตขั้ว 8. ทำการวัด: กดปุ่ม "ฉัน" ทำการชดเชยแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้เต็มจำนวนโดยการตั้งค่าเข็มกัลวาโนมิเตอร์เป็นศูนย์โดยหมุนปุ่มของสวิตซ์ทศวรรษ “×10Ω (mV)”, “×1Ω (mV)”, “×0.1Ω (mV)”, “×0.01Ω (mV)” ก่อนขณะกดปุ่ม จากนั้นจึงกดปุ่ม ค่าของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้เป็น mV จะเท่ากับผลรวมของการอ่านค่าของทศวรรษ ΙΙΙ) ในอนาคต การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าทีละ 1.0 V ในแต่ละครั้ง จนถึงค่าเท่ากับ 8.0 V ตามลำดับ วัดค่า t.e. ดีเอส ε THA , ε X 1 , ε X 2 ตามที่ระบุไว้ในจุดที่ 7 และ 8 บันทึกค่าทั้งหมดในตารางที่ 1 ตารางที่ 1 ε X 1 , mV ε X 2 , mV ε ТХА , mV ∆t , องศา C X 1 , mV/deg C X 2 , mV/deg ΙV) ใช้กราฟเทอร์โมคัปเปิล TCA (ดูหน้าถัดไป) ค้นหา ∆t จากค่า ε TCA บันทึกข้อมูลในตารางที่ 1 V) รู้ค่าของ t.e. ดีเอส ε X 1 และ ε X 2 และ ∆t บนพล็อตตารางพิกัดเดียวกัน ε X 1 และ ε X 2 เป็นฟังก์ชันของ ∆t VΙ) ใช้สูตร C = ε / ∆t คำนวณค่าคงที่ของเทอร์โมคัปเปิล C X 1 และ C X 2 แล้วคำนวณค่าเฉลี่ย จบตารางที่ 1 ข้าว. กราฟเทอร์โมคัปเปิล THA

นอกจากความร้อนที่ปล่อยออกมาตาม กฎหมายจูล-เลนซ์ในปริมาตรของตัวนำ ความร้อนของทอมสันเพิ่มเติมจะถูกปล่อยหรือดูดซับ ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแส

คำอธิบายของผลกระทบในการประมาณครั้งแรกมีดังนี้ ภายใต้เงื่อนไขเมื่อมีการไล่ระดับอุณหภูมิตามตัวนำที่กระแสไหลผ่านและทิศทางของกระแสสอดคล้องกับการเคลื่อนที่ อิเล็กตรอนจากปลายร้อนไปเย็น เมื่อเคลื่อนที่จากส่วนที่ร้อนกว่าไปยังส่วนที่เย็นกว่า อิเล็กตรอนจะถ่ายเทส่วนเกิน พลังงานรอบๆ อะตอม(ความร้อนถูกปล่อยออกมา) และในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสน้ำ ผ่านจากบริเวณที่เย็นกว่าไปยังที่ที่ร้อนกว่า พวกมันจะเติมพลังงานใหม่เนื่องจากอะตอมโดยรอบ (ความร้อนถูกดูดซับ)

ที่ เซมิคอนดักเตอร์เป็นสิ่งสำคัญที่ความเข้มข้นของพาหะในนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมาก หากเซมิคอนดักเตอร์ถูกทำให้ร้อนไม่สม่ำเสมอความเข้มข้นของตัวพาประจุในนั้นก็จะมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นดังนั้น การไล่ระดับสีอุณหภูมินำไปสู่การไล่ระดับความเข้มข้นส่งผลให้ การแพร่กระจายการไหลของผู้ให้บริการชาร์จ สิ่งนี้นำไปสู่การละเมิดความเป็นกลางทางไฟฟ้า การแยกค่าใช้จ่ายก่อให้เกิด สนามไฟฟ้าที่ป้องกันการแยกจากกัน ดังนั้น ถ้าสารกึ่งตัวนำมีการไล่ระดับอุณหภูมิ มันก็มีสนามไฟฟ้าจำนวนมาก E′ (\displaystyle E").

ให้เราสมมติว่ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวอย่างดังกล่าวภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าภายนอก E (\รูปแบบการแสดงผล E). หากกระแสไปขัดกับสนามภายใน E′ (\displaystyle E")จากนั้นสนามภายนอกจะต้องทำงานเพิ่มเติมเมื่อย้ายค่าใช้จ่ายที่สัมพันธ์กับสนาม E′ (\displaystyle E")ซึ่งจะนำไปสู่การปลดปล่อยความร้อนเพิ่มเติมจากการสูญเสีย Lenz-Joule ถ้าปัจจุบัน (หรือสนามภายนอก E (\รูปแบบการแสดงผล E)) กำกับไว้ด้วย E′ (\displaystyle E"), แล้ว E′ (\displaystyle E")ทำหน้าที่ขนย้าย ค่าใช้จ่ายเพื่อสร้างกระแส ในกรณีนี้แหล่งภายนอกจะใช้พลังงานในการรักษากระแสน้อยกว่ากรณีที่สนามภายใน E′ (\displaystyle E")ไม่. งานภาคสนาม E′ (\displaystyle E")สามารถทำได้เนื่องจากพลังงานความร้อนของตัวนำเท่านั้นจึงถูกทำให้เย็นลง ปรากฏการณ์การสร้างความร้อนหรือการดูดซับในตัวนำเนื่องจากการไล่ระดับอุณหภูมิระหว่างการไหลของกระแสเรียกว่าเอฟเฟกต์ทอมสัน ดังนั้นสารจะถูกทำให้ร้อนเมื่ออยู่ในทุ่ง E (\รูปแบบการแสดงผล E)และ E′ (\displaystyle E")ทิศทางตรงกันข้าม และเย็นลงเมื่อทิศทางตรงกัน

ในกรณีทั่วไป ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในปริมาตร dV ถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์:

d Q T = − τ (∇ T ⋅ j) d t d V (\displaystyle dQ^(T)=-\tau (\nabla T\cdot \mathbf (j))dtdV), ที่ไหน τ (\displaystyle \tau )- สัมประสิทธิ์ทอมสัน.