В условиях, когда вдоль проводника, по которому протекает ток, существует градиент температуры, причём направление тока соответствует движению электронов от горячего конца к холодному, при переходе из более горячего сечения в более холодное, электроны передают избыточную энергию окружающим атомам (выделяется теплота), а при обратном направлении тока, проходя из более холодного участка в более горячий, пополняют свою энергию за счёт окружающих атомов (теплота поглощается). Этим и объясняется (в первом приближении) явление Томсона. В первом случае электроны тормозятся, а во втором — ускоряются полем термоэдс, что изменяет значение t , а иногда и знак эффекта.
Причина возникновения явления Пельтье заключается в том, что средняя энергия электронов, участвующих в переносе тока, зависит от их энергетического спектра (зонной структуры материала), концентрации электронов и механизма их рассеяния, и поэтому в разных проводниках различна. При переходе из одного проводника в другой электроны либо передают избыточную энергию атомам, либо пополняют недостаток энергии за их счёт (в зависимости от направления тока). В первом случае вблизи контакта выделяется, а во втором — поглощается теплота Пельтье. Рассмотрим случай, когда направление тока соответствует переходу электронов из полупроводника в металл. Если бы электроны, находящиеся на примесных уровнях полупроводника, могли бы точно так же перемещаться под действием электрического поля, как электроны проводимости, и в среднем энергия электронов равнялась бы энергии Ферми в металле, то прохождение тока через контакт не нарушало бы теплового равновесия (Qn = 0). Но в полупроводнике электроны на примесных уровнях локализованы, а энергия электронов проводимости значительно выше уровня Ферми в металле (и зависит от механизма рассеяния). Перейдя в металл, электроны проводимости отдают свою избыточную энергию; при этом и выделяется теплота Пельтье. При противоположном направлении тока из металла в полупроводник могут перейти только те электроны, энергия которых выше дна зоны проводимости полупроводника. Тепловое равновесие в металле при этом нарушается и восстанавливается за счёт тепловых колебаний кристаллической решётки . При этом поглощается теплота Пельтье. На контакте двух полупроводников или двух металлов также выделяется (или поглощается) теплота Пельтье вследствие того, что средняя энергия участвующих в токе электронов по обе стороны контакта различна.
Таким образом, причина всех Т. я. — нарушение теплового равновесия в потоке носителей (то есть отличие средней энергии электронов в потоке от энергии Ферми). Абсолютные значения всех термоэлектрических коэффициентов растут с уменьшением концентрации носителей; поэтому в полупроводниках они в десятки и сотни раз больше, чем в металлах и сплавах.
Лит.: Жузе В. П., Гусенкова Е. И., Библиография по термоэлектричеству, М.— Л., 1963; Иоффе А. Ф., Полупроводниковые термоэлементы, М.— Л., 1960; Займан Дж., Электроны и фононы, пер. с англ., М., 1962; Попов М. М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954; Стильбанс Л. С., Физика полупроводников, М., 1967.
Л. С. Стильбанс.
Термоэлектрический генератор
Термоэлектри'ческий генера'тор (ТЭГ), термоэлектрогенератор, устройство для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, принцип действия которого основан на эффекте Зеебека (см. Термоэлектрические явления ). В состав ТЭГ входят: термобатареи, набранные из полупроводниковых термоэлементов , соединённых последовательно или параллельно; теплообменники горячих и холодных спаев термобатарей. ТЭГ подразделяются: по интервалу рабочих температур — на низко-, средне и высокотемпературные (диапазоны температур 20—300, 300—600, 600—1000 °С; материалы термоэлементов — соответственно твёрдые растворы на основе халькогенидов элементов V группы, IV группы периодической системы Д. И. Менделеева и твёрдые растворы Si—Ge); по области применения — на космические, морские, наземные и т. д.; по типу источника тепла — на изотопные, солнечные (см. Солнечный термоэлектрогенератор ), газовые и т. д. Кпд лучших ТЭГ составляет ~ 15%, мощность достигает нескольких сотен квт.
ТЭГ обладают рядом преимуществ перед традиционными электромашинными преобразователями энергии, например турбогенераторами , отсутствием движущихся частей, высокой надёжностью, простотой обслуживания. ТЭГ применяются для энергоснабжения удалённых и труднодоступных потребителей электроэнергии (автоматических маяков, навигационных буев, метеорологических станций, активных ретрансляторов, космических аппаратов, станций антикоррозионной защиты газо- и нефтепроводов и т. п.). К недостаткам современных ТЭГ относятся низкий кпд и относительно высокая стоимость.
Лит.: см. при ст. Термоэлемент .
Н. В. Коломоец, Н. С. Лидоренко.
Термоэлектрический пирометр
Термоэлектри'ческий пиро'метр, прибор для измерения температуры . Состоит из термопары , в качестве чувствительного элемента, подключенных к термопаре компенсационных и соединительных проводов и электроизмерительного прибора (милливольтметра, автоматического потенциометра и др.). Подробнее см. в ст. Термометрия .
Термоэлектрический прибор
Термоэлектри'ческий прибо'р измерительный, прибор для измерения силы переменного тока, реже электрического напряжения, мощности. Представляет собой сочетание магнитоэлектрического измерителя с одним или несколькими термопреобразователями. Термопреобразователь состоит из термопары (или нескольких термопар) и нагревателя, по которому протекает измеряемый ток (рис. ). Под действием тепла, выделяемого нагревателем, между свободными концами термопары возникает термоэдс, измеряемая магнитоэлектрическим измерителем. Для расширения пределов измерения термопреобразоватслей (по току от 1 а и выше) используют высокочастотные измерительные трансформаторы тока.
Т. п. обеспечивают сравнительно большую точность измерений в широком диапазоне частот и независимость показаний от формы кривой тока, протекающего через нагреватель. Их основные недостатки — зависимость показаний от температуры окружающей среды, значительное собственное потребление мощности, недопустимость больших перегрузок (не более чем в 1,5 раза). Применяются преимущественно для измерения действующего значения силы переменного тока (от единиц мка до нескольких десятков а ) в диапазоне частот от нескольких десятков гц до нескольких сотен Мгц с погрешностью 1—5%.
Лит.: Червякова В. И., Термоэлектрические приборы, М.— Л., 1963; Электрические измерения, под ред. А. В. Фремке, 4 изд., Л., 1973; Шкурин Г. П., Справочник по электро- и электронно-измерительным приборам, М., 1972.
Схемы термоэлектрических приборов для измерения тока: а — контактная, с одной термопарой; б, в — бесконтактные, с одной и с несколькими включенными последовательно термопарами; г — с включением через высокочастотный трансформатор тока ТТ; Ix — измеряемый ток; rн — нагреватель; rt — термопара; ИМ — магнитоэлектрический измеритель.
Термоэлектрическое охлаждение
Термоэлектри'ческое охлажде'ние, поглощение теплоты при прохождении электрического тока через термоэлемент . Сущность Т. о. заключается в появлении разности температур в спаях термоэлемента; при этом на холодном спае происходит поглощение теплоты из охлаждаемого вещества, передача её к горячему спаю и далее в окружающую среду (см. Пельтье эффект ). Одновременно с генерацией холода в цепи термоэлемента выделяется теплота (см. Джоуля — Ленца закон ) и передаётся к холодному спаю путём теплопроводности. Результирующей характеристикой охлаждающей способности термоэлемента, используемого для Т. о., является так называемая эффективность
