Главная  Пленочные термоэлементы 

[0] [1] [2] [3] [ 4 ] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

условиях, могут быть сведены к комбинациям уже указанных эф-фектов. Сопоставим, например, падение напряжения V на изо-тронном образце с током в изотермических и адиабатических условиях. При АГ = О из (1.10) и (1.13) имеем

где I - длина образца.

При отсутствии теплоотвода от исследуемого образца на контактах его с токоподводящими проводами имеет место эффект Пельтье, коэффициент которого Яо.к, приводящий к нагреву одного контакта и охлаждению другого. В адиабатических условиях перепад температуры равен

АГ = (яо.к/х) jl.

Этот перепад температуры приводит к появлению термо-ЭДС, которая складывается с омическим л падением напряжения так, что

tafl= (р + ао.кЛ;о.к/>с)/.

Здесь ао.к и Яо.к - разницы коэффициентов термо-ЭДС и Пельтье для материалов образца и токоподводящих электродов.

Анализ уравнений (1.10) и (1.11) с использованием кинетических коэффициентов (см. табл. 1) позволяет описать калорические эффекты, возникающие при пропускании тока. Удельное объемное тепловыделение равно

dxj дх. е дх. е дх.

Рассмотрим здесь три калорических эффекта.

1. Эффект Джоуля (VT = О, материал однороден, VjT = 0)

R = Pii,JihOiEiEj,. . (i.25)

2. Эффект Томсона (совместное действие тока и градиента температуры)

-(1.26>

Величины (дпц/дТ - а) = тц носят название коэффициентов Томсона и образуют тензор второго ранга. В отсутствие магнитного поля = aiT, откуда

гМ - daJdT, (1.27)

3. Эффект Бриджмена {VT = О, div / = 0)

= -"57 ) (1-28)



Этот эффект наблюдается в анизотропных средах в условиях, когда плотность тока непостоянна по сечению образца.

Гальвано- и термомагнитные эффекты. Однородное магнитное ноле само по себе не может создать направленных потоков зарядов и энергии, но оно изменяет потоки, вызванные температурным и электрическими полями, т. е. изменяет компоненты обобщенных тензоров переноса а, 6, с, Э и соответственно кинетические коэффициенты Oj, и т. д.

В частности, для изотропной среды, если совместить ось z € направлением магнитного поля, появляются отличные от нуля компоненты типа Т, Ту, Из соотношений симметрии следует, что для всех указанных в табл. 1 тензоров переноса выполняются следующие соотношения:

Т,,(В) = -Г,ЛВ), Г,,(В) = -Г,,(-В), (1.29)

Г(В) = Г,,(-В), Г,,(В) = Г,,(--В), (1.30)

(В) = ?,,(-В).

Своеобразная анизотропия, возникающая в изотропной среде при помещении ее в магнитное поле, подобна анизотропии тела, вращающегося вокруг оси, и называется обычно гиротропией.

Влияние магнитного поля, вызывающее изменение соотношений между векторами j, W, Е, V2\ приводит к появлению гальваномагнитных (ГМ) и термомагнитных (ТМ) эффектов. Первые обусловлены совместным действием тока и магнитного поля, вторые - градиента температуры и магнитного поля. Их классификация, условия наблюдения и определяющие уравнения приведены в табл. 2. Нетрудно проверить, что эти эффекты (и только они) имеют место в гиротропной среде. Для этого надо записать и проанализировать уравнения переноса (1.10), (1.11) с учетом (1.29), (1.30) при В = (0,0, Б,)

= Рсх/с - 9vJx + J - ууТ, (1.31)

к - PyxU + PxJy + сСу.уТ + a,,V,r, (1.32)

Е: = P.J. + a,,V,r, (1.33)

= nJ - Uyjy K,JT + yCyVyT, (1.34)

Wy = UyJ, + ..iy - >c,.V,r - x,,V,r, (1.35)

= ад, - x,,V,r. (1,36)

Указанные в табл. 2 зависимости эффектов от напряженности магнитного поля - линейная для поперечных и квадратичная для продольных - имеют место только в слабых магнитных полях. В области больших полей вид зависимостей изменяется, однако принято при любых В, использовать для описания ГМ-и ТМ-эффектов уравнения (1.37) - (1.44), приведенные в табл. 2. Естественно, что цри этом кинетические коэффициенты У?, ,



Таблица 2.

Гальвано- и термомагнитвые эффекты в гиротропной среде

Класс эффекта

Эффект

Уравнение

Условия измерения

Поперечный гальваномагнитный

Продольный гальваномагнитный

Поперечный термомагнитный

Продольный термомагнитный

Холла

Эттингсгаузена

Изменение сопротивления в магнитном поле (эффект магнито-сопротивления) Нернста

Поперечный эффект Нернста-Эттингсгаузена (поперечный ЭНЭ)

Риги-Ледюка

Продольный эффект Нернста- Эттингсгаузена (продольный

Маджи-Риги- Ледюка

-МрФ)ВХ (1-39)

Vr(BJ-V„r(0) = - NBlf (1.40)

-QVJB (1.41)

-FVJB (1.42)

<(B.)-<(0) = = Ha(0)V„r

(1.43)

(1.44)

/z = / = o./,¥=o

/г = /г, = 0/»¥=0

/z = /!, = 0/«¥=0

/z = /, = o,/,¥=o

4 = . = o.v,r=o

4 = /y = 0V,r=0

4 = /v = 0V,=0

iV, , H,J\. сами оказываются зависящими от магнитного поля.

Величины измеряемых ГМ- и ТМ-коэффициентов зависят от условий теплообмена образца с окружающей средой. Обычно различают два предельных случаях: изотермический и адиабатический. Относительная разница изотермических и адиабатических коэффициентов находится в прямой зависимости от величины критерия Иоффе для исследуемого материала {zT = аоТ/к). Для термоэлектрических материалов с величиной zT i эта разница может достигать десятков и более процентов [6]. Теоретические выражения имеют более простую структуру для изотермических коэффициентов, чем для адиабатических: из них легче извлечь информацию о свойствах материала. Обычно именно их исследуют в эксперименте, принимая специальные меры для устранения неизотермических составляющих эффектов.



[0] [1] [2] [3] [ 4 ] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]

0.0015