Я только начал читать о термоэлектричестве. Однако я изо всех сил пытался найти удовлетворительное объяснение термоэлектрических эффектов, особенно эффекта Зеебека и Пельтье. Различные объяснения, с которыми я столкнулся, заключаются в следующем:
H Джулиан Голдсмид, «Термоэлектрические и связанные с ними эффекты», во «Введении в термоэлектричество» (Springer, 2016), стр. 1–7.
В настоящее время мы понимаем, что электрический ток переносится по проводнику с помощью электронов, которые могут обладать различной энергией в различных материалах. Когда ток проходит от одного материала к другому, энергия, переносимая электронами, изменяется, причем разница проявляется как нагрев или охлаждение на переходе, т. е. как эффект Пельтье. Точно так же, когда соединение нагревается, электроны могут переходить из материала, в котором электроны имеют более низкую энергию, в материал, в котором их энергия выше, что приводит к возникновению электродвижущей силы.
Как эффект Зеебека создает разницу напряжений в зависимости от разницы температур? Стивен Дж. Гринфилд в Образовательном блоге
Напряжение, индуцированное на проводнике в температурном градиенте
Альберт Э. Сивер и Брайан П. Сивер
Несперд Инжиниринг
Аннотация: Когда стержень из электропроводящего твердого материала теплоизолирован, за исключением его концов, а затем нагревается до температуры Th на одном конце и поддерживается при более низкой температуре Tc на другом конце, линейный температурный градиент ∇T развивается вдоль длина штанги. Если стержень имеет плотность заряда свободных электронов ρ, то, поскольку горячий конец стержня расширился по отношению к холодному концу, плотность заряда свободных электронов на горячем конце будет ниже, чем на холодном конце из-за этого расширения . В результате вдоль стержня устанавливается градиент плотности заряда ∇ρ; и часть свободных электронов диффундирует от конца с более низкой температурой к концу стержня с более высокой температурой. Эта диффузия приводит к диффузионному потоку заряда (плотности тока) JD, который контролируется коэффициентом диффузии D. С другой стороны, движение некоторых свободных электронов к более горячему концу приводит к избытку свободных электронов вблизи более горячего конца; и, поскольку противоионы твердого тела не могут двигаться, вблизи более холодного конца возникает избыток положительного заряда.
Коэффициент Зеебека — Википедия ….Как и прежде, высокоэнергетические носители диффундируют от горячего конца и производят энтропию, дрейфуя к холодному концу устройства. Однако существует конкурирующий процесс: одновременно низкоэнергетические носители оттягиваются обратно к горячему концу устройства. Хотя оба эти процесса генерируют энтропию, они работают друг против друга с точки зрения тока заряда, поэтому чистый ток возникает только в том случае, если один из этих дрейфов сильнее другого. Чистый ток буквально зависит от того, насколько проводящими являются носители с высокой энергией по сравнению с носителями с низкой энергией.
Конечно, здесь может быть ошибка в моем понимании, и все три объяснения могут указывать на одно и то же, но, насколько я могу судить, они описывают совершенно разные вещи. Итак, в основном мой вопрос заключается в том, следует ли приписывать эффект Зеебека
Вопросов много, постараюсь развеять некоторые сомнения.
Эффект Зеебека действительно может иметь место в одном материале, при котором устанавливается температурный градиент. Это приведет к возникновению разности потенциалов, создавая стационарное состояние (не состояние равновесия), в котором электрическое поле внутри материала, возникающее из-за неоднородного распределения электронов, компенсирует электронную «диффузию» из-за градиента температуры. Однако это неоднородное электронное распределение не является результатом теплового расширения. Этого можно было бы достичь, например, решив уравнение переноса Больцмана.
Еще раз подчеркнем, что эффект Зеебека не имеет ничего общего с тепловым расширением, которым в большинстве случаев можно пренебречь. Некоторые материалы имеют исчезающий коэффициент Зеебека при данной температуре, в то время как у них не исчезающий коэффициент теплового расширения. И, возможно, почти наоборот.
Как бы то ни было, объяснение 1 верно, Википедия (объяснение 3) также в основном верна, а объяснение 2 совершенно неверно.
Между прочим, три термоэлектрических эффекта — это одно и то же проявление одних и тех же физических процессов. Как только получен какой-либо термоэлектрический коэффициент (например, коэффициент Зеебека материала), он получает все остальные через соотношения Томсона.
пользователь137289