пельтье эффект

ПЕЛЬТЬЕ ЭФФЕКТ - выделение или поглощение тепла на контакте двух разнородных проводников в зависимости от направления электрич. тока, текущего через контакт. Открыт Ж. Пельтье (J. Peltier) в 1834. Мощность тепловыделения Q = П₁₂j, где j - плотность тока, П₁₂ = П₁ - П₂(П₁, П₂ - абс. коэф. Пельтье контактирующих материалов, являющихся характеристиками этих материалов). Причина возникновения П. э. заключается в том, что ср. энергия носителей заряда (для определённости электронов), участвующих в электропроводности, в разл. проводниках различна, т. к. зависит от их энергетич. спектра, концентрации и механизма рассеяния (см. Рассеяние носителей заряда). При переходе из одного проводника в другой электроны либо передают избыточную энергию решётке, либо пополняют недостаток энергии за её счёт (в зависимости от направления тока). В первом случае вблизи контакта выделяется, а во втором - поглощается т. н. теплота Пельтье. Напр., на контакте полупроводник - металл (рис.) энергия электронов, переходящих из полупроводника n-типа в металл (левый контакт), значительно превышает энергию Ферми Поэтому они нарушают тепловое равновесие в металле. Равновесие восстанавливается в результате столкновений, при к-рых электроны термализуются, отдавая избыточную энергию кристаллич. решётке. В полупроводник из металла (правый контакт) могут перейти только самые энергичные электроны, вследствие этого электронный газ в металле охлаждается. На восстановление равновесного распределения расходуется энергия колебаний решётки.

Эффект Пельтье на контактах полупроводник n-типа -металл; - уровень Ферми; - дно зоны проводимости полупроводника: - потолок валентной зоны.

На контакте двух полупроводников или двух металлов также выделяется (или поглощается) теплота Пельтье, вследствие того, что ср. энергия участвующих в токе носителей заряда по обе стороны контакта различна.
Выражение для абс. коэф. Пельтье П (носители заряда - электроны) имеет вид

гдеv - кинетич. энергия и скорость электронов, f₁- неравновесная часть ф-ции распределения электронов, - плотность состояний .Как видно из (1), коэф. П представляет собой отклонение ср. энергии носителей в потоке от энергии Ферми отнесённое к единице заряда. Для определения П необходимо знать ф-цию и найти т. е. решить кинетич. ур-ние. В случае параболич. закона дисперсии электронов проводимости(р) (р - квазиимпульс) и степенной зависимости длины свободного пробега l от энергии при отсутствии вырождения в полупроводнике коэф. П определяется ф-лой

Здесь - параметр рассеяния, Т - абс. темп-pa (см. Рассеяние носителей заряда в твёрдом теле); отсчитывается от дна зоны проводимости.
Как видно из (2), еП но абс. величине может достигать десятков kT. С увеличением концентрации электронов в вырожденном проводнике или уменьшением Т величина П уменьшается и при

Коэф. Пельтье связан с коэф. термоэдст. н. соотношением Томсона:

П=Т.

Это позволяет использовать для оценки П результаты микроскопич. теории для Коэф. Пельтье, являющийся важной техн. характеристикой материалов, как правило, не измеряется, а вычисляется по измерение к-рого более просто.
П. э. используется в термоэлектрич. холодильниках и термостатах, а также для управления процессом кристаллизации за счёт выделения или поглощения тепла на границе жидкой и твёрдой фаз при пропускании электрич. тока.

Лит.: Ансельм А. И., Введение в теорию полупроводников, 2 изд., М., 1978; Аскеров Б. М., Электронные явления переноса в полупроводниках, М., 1985; Зеегер К., Физика полупроводников, пер. с англ.. М., 1977; Стильбанс Л. С., Физика полупроводников, М., 1967.

3. М. Дашевский.

   <<      Предметный указатель      >>