термоэлектрические явления

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ - совокупность явлений, связанных с потоками носителей заряда, вызванных градиентом темп-ры и переносом тепла электрич. током I. К T. я. относят возникновение в замкнутой электрич. цепи, составленной из разных проводников, термоэдс в условиях, когда места контактов поддерживаются при разных темп-pax (Зеебека эффект ).В небольшом интервале темп-р термоэдс U можно считать пропорциональной разности темп-р с коэф. пропорциональности a (коэф. термоэдс, уд. термоэдс): U=a(T₁- T₂). Коэф. a определяется материалами проводников, но зависит также от темп-ры.

Другое T. я.- выделение (или поглощение) тепла (в зависимости от направления тока) в местах контактов разнородных проводников. Кол-во тепла Q пропорционально кол-ву электричества It, прошедшему через контакт: Q = pIt, где I-сила тока, t - время, p - коэф. Пельтье (см. Пельтье эффект).

Как T. я. рассматривается также выделение (или поглощение) тепла в объёме проводника при протекании тока I (в дополнение к теплоте Джоуля), если вдоль проводника существует перепад темп-р: Q = т (T₁- T₂)It, где T₁, T₂-темп-ры на концах проводника, т - коэф. Томсона. Томсон вывел термодинамич. соотношения между p, a, т: p= aT, т= Тдa/дТ (см. Томсона эффект).

Классификация T. я. может быть осуществлена на основе феноменологич. теории переноса явлений. В однородной среде имеют место соотношения

где j_i, q_i , дT/дx_k , E'_k - компоненты векторов плотности тока, плотности потока тепла, град. темп-ры и обобщённого электрич. поля (E' = E+m/e, где m - хим. потенциал для носителей заряда); s_ik , a_ik , p_ik , -компоненты тензоров электропроводности, термоэдс, Пельтье, теплопроводности. При j = 0 и имеет место эффект Зеебе-ка Е'_i = Sa_ikдT/дx_k . При =0, q_i = Sp_ikj_k - эффект Пельтье.

Большинство полупроводников в отсутствие магн. поля термоэлектрически изотропны, т. е. тензоры s_ik и др--скалярные величины. Для них эффекты Пельтье и Зеебека можно наблюдать только в электрич. цепях, составленных из разнородных материалов.

В термоэлектрически анизотропных материалах (напр., Bi, ZnS) можно наблюдать поперечные эффекты Зеебека и Пельтье, если направления приложенного градиента темп-ры или тока j не совпадают с гл. осями тензоров a_ik, p_ik. В прямоугольной пластинке размерами l_x, l_y , l_z возникают разность потенциалов между боковыми гранями U_y = a_yxDT_xl_y/l_x или поперечный перепад темп-ры . Изменения тензоров a_ik и p_ik в магн. поле приводят к продольным и поперечным термогальвано-магнитным явлениям.

T. я. лежат в основе разл. техн. устройств. Термоэлементы применяются для непосредств. превращения тепловой энергии в электрическую, а также для "перекачки тепла и холода". Согласно теории Иоффе, эффективность термо-генерирующего и охлаждающего термоэлементов определяется параметром

где индексы n к r относятся соответственно к ветвям с электронной и дырочной проводимостью. Если и s_n = s_p, то . Для диэлектриков и для металлов Z мало, а достигает макс. значения в легиров. полупроводниках с концентрацией носителей п~ 10¹⁹ - 10²⁰ см^-3.

Лит.: Ансельм А. И., Введение в теорию полупроводников, 2 изд., M., 1978; Зеегер К., Физика полупроводников, пер. с англ., M., 1977; Аскеров Б. И., Электронные явления переноса в полупроводниках, M., 1985. З. M. Дашевский.

   <<      Предметный указатель      >>