![]() |
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Изучение термоэлектрических и контактных явлений
Цель работы: знакомство с контактными явлениями, изучение термоэлектричества, градуировка термопары.
ВВЕДЕНИЕ На границе раздела двух полупроводников или двух металлов, а также на границе металл - полупроводник возникают контактные явления, как следствие контактных разностей потенциалов: внешней и внутренней. Возьмем 2 металла с различными концентрациями свободных электронов
еj1 еj2 еj1 еj2
![]()
![]() ![]()
eU¢ 12 а) б) Рис.1. Энергетические диаграммы контакта.
На рисунке 1: Ер1 и Ер2 – глубина потенциальной ямы первого и второго металлов, еj1 и еj2 - работа выхода для этих металлов. Суммарное изменение уровней энергии приводит к появлению электрического контактного поля с разностью потенциалов:
Электроны из первого металла переходят во второй, совершая работу против контактного поля и работу изотермического расширения. Первая из этих работ DА1:
где А = еj. (3) Вторая DА2 - работа изотермического расширения для электронного газа в металле, которая равна:
или в пересчете на один электрон:
где k - постоянная Больцмана; Т - температура контакта. Таким образом, работа электрона, прошедшего через контакт:
Тогда, как следует из вышеизложенного, контактная разность потенциалов будет равна:
Первое слагаемое в правой части (7) называется внешней контактной разностью потенциалов eU12 (рис.1). Внешняя контактная разность потенциалов обусловлена различием работ выхода электронов из металлов. Второе слагаемое eU¢ 12 - внутренняя разность потенциалов. Она обусловлена разностью концентраций электронов в металлах. В замкнутой цепи, состоящей из двух или большего числа различных металлов, при тепловом равновесии сумма контактных разностей потенциалов равна нулю. Как следует из формулы (7), контактная разность потенциалов зависит от температуры, поэтому в замкнутой цепи можно получить сумму контактных разностей потенциалов не равной нулю, имея разные температуры контактов (спаев).
Т1 Т2 А в 2 2
Рис. 2. Замкнутая цепь из двух металлов.
Если составить замкнутую цепь из двух металлов 1 и 2 (рис. 2) и поддерживать постоянную разность температур на спаях а и в (Т1 -Т2), то общая контактная разность потенциалов в такой цепи будет равна:
Эта сумма контактных разностей потенциалов замкнутой цепи при различных температурах контактов и называется термоэлектродвижущей силой (термоЭДС):
Так как для большинства металлов концентрация электронов практически не зависит от температуры, то можно принять:
где a - удельная термоЭДС, возникающая в цепи при разности температур контактов в один градус. В случае контактов полупроводников также возникает термоЭДС. Удельная термоЭДС у полупроводниковых пар много больше, чем у металлов, и имеет нелинейную зависимость от температуры, что связано с сильной зависимостью концентрации свободных носителей в полупроводнике от температуры. Необходимо отметить, что a для металлов при высоких температурах также зависит от температуры, поэтому формула (10) работает только в определённом температурном интервале. Для металлов
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-05-30; Просмотров: 824; Нарушение авторского права страницы