Kas yra termoelementas ir kaip jis veikia

Termoelementai egzistuoja dėl tokio reiškinio kaip kontaktinio potencialo skirtumas. Jei du skirtingi kietieji laidininkai ar puslaidininkiai yra artimai kontaktuoti vienas su kitu, tada šalia jų kontakto vietos susidaro atskiri elektros krūviai. Tokiu atveju išoriniuose šių laidininkų galuose atsiras potencialo skirtumas. Šis potencialo skirtumas bus lygus kiekvieno metalo darbo funkcijos skirtumui, padalytam iš elektronų krūvio

Aišku, jei uždarysite tokią porą į žiedą, susidaręs EML bus lygus nuliui, tačiau, jei, viena vertus, jis vis tiek bus paliktas atviras, tada bus tikras EML, pradedant nuo dešimtosios voltų dešimtosios dalies iki voltų vienetų, atsižvelgiant į tai, kas tai yra medžiagoms.

Aišku, neįmanoma išmatuoti kontaktinio potencialo skirtumo voltmetru, tačiau jis pasireikš esant srovės ir įtampos charakteristikai, pavyzdžiui, jis pasireiškia tranzistoriumi ir diode ant p-n sankryžos.

Esmė ta, kad kai, pavyzdžiui, liečiasi du metalai, sistema išeina iš pusiausvyros, nes šių dviejų metalų cheminiai potencialai nėra lygūs vienas kitam, dėl to elektronai pasklinda mažėjant jų energijai, o tai savo ruožtu lemia krūvio pasikeitimą ir kontaktinių metalų elektrinis potencialas. Taigi artimo kontakto regione prasideda elektrinio lauko augimas, ir dėl to mes turime tai, ką turime.

Jei dabar dar kartą pažiūrėtume į šiuos du skirtingų metalų laidus, uždaromus tik žiede, kai bendra emf uždaroje grandinėje tampa lygi nuliui, tada gauname dvi kontaktines vietas. Mes šias vietas vadinsime sankryžomis.

Taigi, yra dvi dviejų skirtingų laidininkų jungtys. Ką daryti, jei vieną iš sankryžų bandysite sušildyti, o antrąją palikti kambario temperatūroje? Akivaizdu, kad sujungti metalai yra skirtingi ir kiekvienoje jungtyje yra kontaktinio potencialo skirtumų, todėl sankryžose skirtingose ​​temperatūrose bus skirtingi EML nuokrypiai.

Eksperimentas įrodo, kad galimas sankryžų skirtumas bus proporcingas jų temperatūrų skirtumui, kad galėtumėte įvesti proporcingumo koeficientą, kuris vadinamas termo-EMF. Skirtingiems termoelementams termo-EMF bus skirtingas.

Jei įtampa matuojama tokio žiedo kontekste, tada tam tikrame temperatūros intervale ji bus beveik griežtai proporcinga sankryžų temperatūrų skirtumui. Ir net jei paliksite tik vieną sankryžą (kaip paveikslėlyje), o ją tik kaitinate ir išmatuojate įtampą tarp dviejų galų, esančių toje pačioje kambario temperatūroje, vis tiek galite rasti labai aiškią EML priklausomybę nuo esamos sankryžos temperatūros. Taip veikia termoelementai.

Aprašytas reiškinys nurodo termoelektrinius, o pats poveikis, kurio pagrindu veikia visi termoelementai, vadinamas Seebecko efektas, jo atradėjo - Thomaso Seebecko - garbei. Šiandien galite rasti pramoninių termoporų, kuriuose, priklausomai nuo reikalaujamo išmatuoto temperatūros diapazono, elektrodai yra gaminami iš specialiai parinktų lydinių.

Pavyzdžiui, termoelementų, pagamintų iš chromelio ir aliuminio lydinių, termoemf koeficientas yra 40 mikrovoltų per ° C, ir jie yra skirti matuoti temperatūrą nuo 0 iki + 1100 ° C. Vario konstanto pora, tokia populiari kaip demonstracinė priemonė, leidžia išmatuoti temperatūrą nuo -185 iki + 300 ° C.

Jo termo-EMF labai priklauso nuo konkretaus temperatūros skirtumo, todėl norint įvertinti jo parametrus yra patogu naudoti lentelę, pavyzdžiui, esant 0 ° C šalčio sankryžos temperatūros skirtumui 100 laipsnių, vario-konstanto poros potencialus skirtumas bus maždaug 4,25 mV.