Явление Зеебека. Температура один из важнейших контролируемых параметров технологических процессов практически во всех отраслях народного хозяйства.
Большая часть всех температурных измерений приходится на долю термоэлектрических преобразователей, принцип действия которых основан на явлении Зеебека. В 1821 году немецкий ученый, уроженец г. Ревеля ныне Таллин, Т. Й. Зеебек 1770-1831 обнаружил, что если спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру, то в цепи протекает электрический ток. Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления тока. Этот факт послужил основой для создания устройства, чувствительным элементом которого является термопара два проводника из разнородных материалов, соединенных между собой на одном рабочем конце, другие два свободные конца проводников подключаются в измерительную цепь или непосредственно к измерительному прибору, причем температура свободных концов заранее известна.
Термопара образует устройство или его часть, использующее термоэлектрический эффект для измерения температуры.
Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование термоэлектродвижущей силы термоЭДС, возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов и сплавов рис. 1, образующих часть одной и той же цепи. рис. 1. Термо ЭДС термопары обусловлена тремя причинами. Первая заключается в зависимости уровня Ферми энергии электронов в проводнике от температуры, что приводит к неодинаковым скачкам потенциала при переходе из одного металла в другой в спаях термопары, находящихся при разных температурах.
Во-вторых, при наличии градиента температуры электроны в области горячего конца проводника приобретают более высокие энергии и подвижность. Вдоль проводника возникнет градиент концентрации электронов с повышенными значениями энергии, что повлечет за собой диффузию более быстрых электронов к холодному концу, а более медленных к горячему.
Но диффузионный поток быстрых электронов будет больше. Кроме того, при наличии градиента температуры вдоль проводника возникает дрейф фотонов квантов энергии колебаний кристаллической решетки. Сталкиваясь с электронами, фотоны сообщают им направленное движение от более нагретого конца проводника к более холодному. Последние два процесса приводят к избытку электронов вблизи холодного конца и недостатку их вблизи горячего конца.
В результате внутри проводника возникает электрическое поле, направленное навстречу градиенту температуры. Таким образом, термо ЭДС термопары возникает только из-за наличия продольного градиента температуры в проводниках, составляющих пару. 3.2.