Изучение термоэлектрических явлений при контакте металлов (лабораторная работа), страница 8

         Основной причиной возникновения ТЭДС в цепи является наличие контактной разности потенциалов (рис. 4) на границе их раздела. Отметим, что при ,   в верхнем и нижнем контактах равны по величине и имеют противоположные знаки, поэтому тока в такой цепи не будет. Термо-ЭДС не равна нулю, если контакты металлов поддерживаются при различных температурах. Учитывая, что суммарная внешняя разность потенциалов при обходе по замкнутому контуру независимо от разности температур согласно формуле (11)  равна нулю, значение  с учетом (10) определится выражением:

Учитывая, что химический потенциал является функцией от температуры, а также равенство (13),  последнее выражение можно записать в виде:

 .                   (14)

         Найдем  используя формулу (9), и получим . Учет диффузии более быстрых электронов к холодному концу проводника и более медленных – к теплому вследствие наличия градиента температуры,  а также увлечение электронов фононами, приводит к образованию избытка электронов вблизи холодного конца и недостатка их вблизи горячего.

         В результате значение  имеет вид: . После подстановки значения  в выражение (14) получим  Учитывая, что  и  отличаются одно от другого менее чем на порядок, произведем следующее преобразование:

где  средняя температура контактов, а разность температур контактов. В результате получим расчетную формулу для термоэлектродвижущей силы  в виде (12):  

где                                    .                                     (15)

Для большинства пар металлов  имеет порядок  В/К.  

Явление Зеебека используется для измерения температур. Соответствующее устройство, представляющее себой цепь из двух разнородных проводников, концы которых электрически соединены сваркой, называется термопарой. Один слой термопары поддерживают при постоянной температуре, другой – помещают  в среду, температуру которой необходимо измерить. О величине температуры можно судить по силе возникающего термотока, измеряемой гальванометром. Более точный результат получится при измерении возникающей ТЭДС по методу компенсации.

 Термопара используется для измерения температуры после предварительной градуировки, т.е. экспериментального определения зависимости  , при разных температурах рабочего конца и постоянной температуры свободного конца. Зависимость  приближается к линейной. Температуры можно измерять с точностью порядка до сотых долей градуса.

2 Методика эксперимента и экспериментальная установка