Термоэлектрический ток
Если взять два металла 1 и 2 и привести их в контакт, а концы нагреть так, что Т1 не равна Т2 , то возникает ток, называемый термоэлектрическим током:
Феноменологически возникновение тока в этой электрической цепи можно описать наличием эквивалентной ЭДС, которая называется термо-ЭДС. Для металлов термо-ЭДС описывается уравнением: ε=α(Т1-Т2), где α – коэффициент термо-ЭДС. У металлов α порядка несколько (мкВ)/0С. У полупроводников α порядка 1000 и более (мкВ)/0С.
Для пар металлов (Cu, Bi), (Ag, Cu), (Au, Cu), (Pt, Fe) α»const в широком диапазоне температур. В случае пар других металлов α зависит от разности Т1 и Т2 и даже может менять знак.
В полупроводниках α сильно зависит от Т (т.е. термоэффект большой и нелинейный). Большое значение α для полупроводников связано с сильной зависимостью проводимости полупроводников от температуры.
У полупроводников смешанного типа термотоки, образованные диффузией электронов и дырок, могут компенсировать друг друга. В свинце (Pb) имеет место полная компенсация термотоков, поэтому при измерении коэффициента α у металлов, как правило, их принято выражать относительно свинца. Также приводят значения коэффициента α по отношению к платине и меди.
Таблица значений коэффициентов термо-ЭДС для некоторых металлов и сплавов
по отношению к свинцу
| № п/п | материал | α, мкВ/С0 | № п/п | материал | α, мкВ/С0 |
| Константан | -38.0 | Свинец | |||
| Копель | -38.0 | Серебро | 2.7 | ||
| Никель | -20.8 | Медь | 2.8 | ||
| Нихром | -18.0 | Золото | 2.9 | ||
| Алюмель | -17.3 | Вольфрам | 3.6 | ||
| Платина | -4.3 | Железо | 15.0 | ||
| Ртуть | -4.4 | Хромель | 24.0 | ||
| Алюминий | -0.4 | Сурьма | 43.0 | ||
| Олово | -0.2 |
Коэффициент α материалов чувствителен к ничтожному количеству примесей, термической и холодной обработке. По этой причине α может возникать в цепи, состоящей даже из одного и того же материала, например при наличии неоднородности температуры или механического натяжении различных частей проволоки, и значения приводимых коэффициентов α в различных источниках могут отличаться до 10%.
Явление контактной разности потенциалов и зависимость ее от температуры используют для измерения температуры с помощью термопар. Широко используют термопару ТХК, включающую спай двух проволочных проводников, один, изготовленный из сплава, который называется “хромель” (Ni – 89%, Cr – 9,8%, Fe – 1%, Mn – 0,2%) и второй, изготовленный из сплава “копель” (Сu – 56%, Ni – 44%). В этой паре хромель имеет положительный потенциал, копель – отрицательный. Максимальная термоЭ.Д.С. у этой термопары »49 мВ. Она используется в диапазоне температур 220-870 К.
Также широко используют термопару ТХА, состоящую из двух проволочных проводников хромель – алюмель. Алюмель – сплав, содержащий Ni – 94%, Al – 2%, Mn – 2,5%, Si – 1% и примеси – 0,5%. В этой паре алюмель имеет отрицательный потенциал. Максимальная термоЭ.Д.С. у этой термопары »41 мВ. Она используется в диапазоне температур 220-1270 К.
В научных лабораториях используют также термопару ТМК, включающую пару проводников медь – константан. Константан содержит Cu – 60% и Ni – 40% и по своему составу близок к составу копели. Максимальная термоЭ.Д.С. у этой термопары » 21 мВ. Эта пара используется в диапазоне температур 10-670 К.
Константан известен тем, что он обладает высоким значением удельного сопротивления и рекордно малым температурным коэффициентом сопротивления (at порядка 1×10-5 oC-1, причем, в зависимости от образца, at может меняться от плюс 1×10-5 oC-1 до минус 4×10-5 oC-1). У меди at »4 10-3 oC-1, и он всегда больше нуля.
Наиболее распространенные проводники, находящиеся в контакте при одинаковых температурах, создают следующую разность потенциалов 
:
Сu — PbSn (обычный припой): 
(микро Вольт на Кельвин);
Cu — ковар : 
; (ковар – материал, который используют для изготовления выводов в полупроводниковом приборе).
Cu — CuO : 
; (при скручивании проводников, часть окиси меди CuO снимается и разность потенциалов 
уменьшается).
.
Контактная разность потенциалов создает дополнительную аддитивную погрешность при измерениях электрических величин, т.к. она является источником неконтролируемых ЭДС.
Выводы.Для уменьшения влияния контактной разности потенциалов и термотока следует:
- изготавливать проводники из одинаковых материалов;
- использовать комбинацию проводников с малой контактной разностью потенциалов;
- устранять большие градиенты температуры;
- устранять механические напряжения в проводниках.