По характеру проводимости электрического тока существуют природные и искусственные проводники и полупроводники с электронной (-) и дырочной (+) проводимостью. Отрицательные заряды движутся против направления электрического поля, положительные – по направлению внешнего электрического поля. Если рассмотреть электрическое состояние проводника с дырочной проводимостью с примесями или полупроводника при различных температурах на концах, то наличие примеси приводит к тому, что все свободные электроны основного материала поглощены атомами примеси. Вышедшие из валентной зоны электроны горячего конца также поглощаются примесью. Вследствие этого в атомах горячего конца образуются свободные от электронов места – дырки, в которые устремляются электроны соседних атомов. В результате положительно заряженные дырки перемещаются к холодному концу материала до тех пор, пока скопившийся на холодном конце положительный заряд не уравновесит энергию теплового движения дырок. Таким образом, в материалах дырочной проводимости холодный конец получает не отрицательный, а положительный заряд, величина которого регулируется введением в основной материал соответствующих примесей.
После рассмотрения механизма электронной и дырочной проводимости рассмотрим термопару, составленную из материалов электронной и дырочной проводимости при одном и том же перепаде температур на их концах. При нагреве спая термопары на холодном конце материала n-типа будут скапливаться отрицательные заряды, а на материале p-типа – положительные. Если соединить холодные концы термопары с гальванометром, электроны устремятся в дырки и в цепи возникнет термо ЭДС. При определенном перепаде температур величина термо ЭДС в этой термопаре определится уже не разностью, а суммой отрицательных и положительных зарядов на концах, т.е. α1,2=α1+α2. Можно подобрать материалы n- и p-типа так, чтобы термо ЭДС оказалась достаточной для питания постоянным током различных транзисторных приборов.
2. Основные зависимости для расчета термобатареи.
Холодопроизводительность термобатареи зависит от многих факторов, в частности, от силы тока.
При прохождении постоянного тока через термобатарею между коммутационными пластинами 1 и 2 возникает перепад температур, обусловленным поглощением на спае 2 и выделением на спае 1 теплоты Пельтье (линия Qп), которая построена относительно холодных спаев – прямая линия.
При прохождении постоянного тока через холодные спаи будет выделяться
теплота Джоуля QДж:
,
где линия QДж – квадратичная парабола.
Суммарное действие QП и QДж – линия QДж + QП – эта кривая имеет точку максимума при каком-то оптимальном значении Iопт. Для определения оптимального значения тока используют формулу:
, т.е. 
.
Отсюда: 
, где
R – общее омическое сопротивление термоэлемента.
, где
l – суммарная длина термоэлемента;
S1, S2 – площадь поперечного сечения термоэлементов n и p;
ρ1, ρ2 – удельное сопротивление материалов термоэлементов.
Общее уравнение теплового баланса холодных спаев термобатареи:
, где
Q0 – холодопроизводительность термобатареи;
Qх – количество тепла, подведенного к холодным спаям за счет теплопритоков от горячих спаев:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.