Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Термоелектричні явища у напівпровідниках, елементи на його основі



Термоерс.

Між кінцями розімкненого провідника, які мають різну температуру, виникає різниця потенціалів, а значить всередині провідника зявляється електрорушійна сила. Причина ефекту – потік дифузії заряджених частинок від нагрітого кінця до холодного більший, ніж в зворотньому напрямку.

На кінцях провідника (і на його поверхні) зявляються електричні заряди, а в середині – електричне поле. , де a- диференційна термоерс.

Рис. 1.Вказаний знак напруги відповідає позитивним носіям заряду і Т21. Рис. 2.Термозонд. З- нагрітий стержень, П- напівпровідник, М- холодна металічна пластина. Знак напруги показаний для позитивних частинок.

Метали – a = 1¸10 мкВ/град,

Напівпровідники - a = (1¸10)´103 мкВ/град.

За допомогою цього явища можна вимірювати температуру тіла.

Ефект Томсона.

Якщо в однорідному провіднику є градієнт температури в напрямку осі Х і в тому ж напрямку тіче електричний струм густиною j , то в кожній одиниці обєму за одиницю часу виділяється, крім тепла Джоуля j2/s ще додаткове тепло , де aТ – коеф. Томсона.

При зміні напрямку струму на зворотній тепло Томсона міняє знак: замість поглинання тепла спостерігається його виділення, і навпаки. При наявності градієнта температури в провіднику є ще тепловий потік, обумовлений теплопровідністю речовини.

Кількість тепла, що проходить через одиницю поверхні за одиницю часу в напрямку Х є , де c – коефіцієнт теплопровідності. Якщо цей потік змінюється в просторі (в результаті зміни c чи dT/dx ), то в обємі провідника також виділяється тепло .

В загальному випадку, коли напрям j і ÑT не співпадає, повна генерація тепла в одиниці обєму за одиницю часу рівна .

В стаціонарному випадку QV = 0. Тому в провіднику встановлюється такий просторовий розподіл температури, при якому тепло, що відводиться теплопровідністю, як раз дорівнює сумі тепла Джоуля і тепла Томсона.

Ефект Пельтє.

Зворотнє виділення тепла спостерігається на границі контакту двох різних провідників. Кількість тепла, що виділяється на одиниці площі контакту за одиницю часу Q, рівне , де j - густина струму через контакт, а П12 – коефіцієнт Пельтє. Він залежить від властивостей провідників, що контактують.

При зміні напрямку струму на зворотній замість виділення тепла спостерігається його поглинання і навпаки. Тобто, П12 = -П21.

Причина виділення (поглинання) тепла Пельтє полягає в тому, що середні енергії електронів Е1 і Е2 в різних провідниках 1 і 2 неоднакові, навіть якщо обидва провідники мають одну і ту ж температуру. При переході з одного провідника в другий змінюється:

1)Потенціальна енергія електрона -ej, оскільки на границі розділу є скачок електростатичного потенціалу і тому j1 ¹ j2 .

2) Може змінюватись середня кінетична енергія Е . Причина – не класична статистика Максвела-Больцмана для електронів, а квантова статистика Фермі-Дірака, у відповідності до якої залежить не лише від температури, але і від концентрації електронів.

При наявності струму для підтримки температури контакту постійною від нього необхідно відводити енергію, якщо Е1 > Е2 (виділення тепла Пельтє), або підводити її до контакту, коли Е12 (поглинання тепла Пельтє).

П12 = П1 – П2, де П1 і П2 – коефіцієнти Пельтє для провідника 1 і провідника 2, відповідно.

Зв’язок термоелектричних кінетичних коефіцієнтів:

П = a Т, .

Технічне застосування:

-термоелектричні генератори невеликої потужності;

- термоелектричні охолоджуючі пристрої.

Ефект Нернста-Етінгсгаузена.

Поперечний ефект Нернста-Етінгсгаузена.

Якщо провідник, в якому є градієнт температури, помістити в магнітне поле, то в ньому виникне електричне поле E перпендикулярне до ÑT і B, тобто в напрямку вектора [ÑT´ B]. Якщо градієнт температури направлений вздовж осі Х, а магнітна індукція – вздовж осі Z, то електричне поле паралельне осі Y (рис. 3).

Ey = q^ Bz dTdx, де q^ - постійнаНернста-Етінгсгаузена.

Ge: r ~1 Ом см , B ~ 103 Гс, dT/dx ~ 102 град/см, то Ey ~ 10-2 В/см.

q^ залежить від температури і магнітного поля і при зміні цих величин може навіть міняти знак. Знак q^ не залежить від знаку носіїв заряду.

Рис. 3. Поперечний термомагнітний ефект Нернста-Етінгсгаузена.

Даний ефект виникає по тій же причині, що і ефект Хола, тобто в результаті відхилення потоку заряджених частинок силою Лоренца. Відмінність, однак, полягає в тім, що при ефекті Хола направлений потік частинок виникає в результаті їх дрейфу в електричному полі, а в даному випадку – в результаті дифузії.

Ефект Рігі-Ледюка.

В провіднику, в якому є градієнт температури, при включенні магнітного поля зявляється також поперечна (по відношенню до початкового теплового потоку і напрямку В) різниця температур (рис.4).

dT/dy = S Bz dt/dz

Рис. 4. Поперечний термомагнітний ефект Рігі-Ледюка.

де S - постійна Рігі-Ледюка, що характеризує властивості даної речовини.

Ефект Рігі-Ледюка пов'язаний з тим, дифундуючи носії заряду переносять з собою тепло (теплопровідність). Без магнітного поля потік тепла направлений від гарячого кінця до холодного, тобто паралельно xТ. В магнітному полі потоки дифузії і тепла повертаються силою Лоренца на деякий кут. Тому виникає складова теплового потоку вздовж осі Y, що і приводить до появи складової градієнта температури -ÑyТ. Так як сили Лоренца при даному напрямку дифузії залежать від знаку заряджений частинок, то кут повороту теплового потоку, а значить і постійна мають різні знаки для позитивних і негативних носіїв заряду.

Повздовжні термомагнітні ефекти.

Повздовжні термомагнітні ефекти:

- поздовжній ефект Нернста-Етінгсгаузена-зміна термоерс в поперечному магнітному полі;

- поздовжній ефект Рігі-Ледюка – зміна теплопровідності в магнітному полі.

Теплообмін з оточуючим середовищем

1) Ізотермічний – поперечні градієнти температур рівні 0;

2) Адіабатичний – поперечні потоки тепла рівні 0.

Величини різних кінетичних коефіцієнтів – електропровідності, постійної Хола, термоерс та ін. – суттєво залежать від властивостей рухливих носіїв заряду: їх заряду, маси, енергетичного спектру в кристалі, а також від особливостей їх взаємодії з кристалічною граткою.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.