Эффект Зеебека. Краткий обзор развития этого открытия

В 1820 году преподаватель Университета Копенгагена Ганс Эрстед заметил, что магнитная стрелка отклоняется вблизи провода с электрическим током. Изучая это явление, в 1821 году немецкий ученый Томас Зеебек обнаружил, что если спаи двух разнородных металлов замкнутых в электрическую цепь имеют неодинаковую температуру, то в цепи протекает электрический ток. Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления тока. Впоследствии стало ясно, что разность температур вызывает появление термоэдс. А уже следствием термоэдс в замкнутой цепи является электрический ток.

Эффект, получивший название термоэдс или эффект Зеебека, является характеристикой конкретного металла и зависит от температуры, состава и состояния материала. Величина этой термоэдс настолько мала, что для ее измерения используют очень точные приборы.

Применение эффекта Зеебека: термопары

Наиболее известное применение эффекта Зеебека в современных технологиях — термопары.

Применение термопар — это:

  • надежность
  • стабильность
  • малое время отклика
  • легкость подключения к системам автоматизации
  • широкий диапазон измеряемых температур
  • низкая стоимость

Например, одна из самых распространенных термопар — спай хромоникелевого сплава и алюмеля обеспечивает измерение температур от –200°С до 1250°С.

Также для измерения температуры используют:

  • терморезистор (измерение температуры, вызывающее изменение сопротивления терморезистора)
  • жидкостные и газовые термометры (например, медицинский термометр типа «градусник»)
  • пирометр (бесконтактный прибор, измеряющий температуру через измерение теплового излучения)

Но терморезистор не так точен, как термопара, жидкостные и газовые термометры не на столько практичны, подключить их к системам автоматизации не просто, пирометр — не дешевый прибор. Таким образом, термопара, не являясь лучшим во всех проявлениях прибором, выгодно отличается от всех остальных методов. Именно поэтому термопару очень часто можно встретить в промышленности (и не только).

Конструктивно термопары выполнены из двух разных металлов, один из которых принимается за положительный, другой — за отрицательный. Разность потенциалов образуется в цепи вследствие разности температур спаев. Свободные концы проводников подключаются к измерительному прибору.

Известный специалист в области термометрии Терри Куин заключил, что роль спая состоит лишь в создании электрического контакта. При этом, абсолютно не важно каким образом выполнен спай, и имеется ли диффузия одного сплава в другой в области спая.

Со временем было экспериментально доказано, что основной вклад в величину термоэдс дают участки термоэлектродов, где происходит наибольшее изменение температуры, а термоэдс термопары генерируется до длине термоэлектродов, в основном, в области максимального температурного градиента (роста температуры).

Эффект Пельтье — обратный эффекту Зеебека

Эффект Зеебека заключается в том, что при нагревании спая двух металлов (или контакт двух разнородных проводников) в нем возникает термоэдс. Существует обратный эффект. Он заключается в том, что при пропускании тока через спай, его температура изменяется. Изменение температуры может происходить как в сторону охлаждения спая, так и в сторону его нагрева. Направление изменения температуры зависит от направления тока. Впервые этот эффект обнаружил французский ученый Жан Пельтье в 1834 году. Этот эффект носит его имя.

Анализ металлов и сплавов

В производстве (и не только) часто возникает вопрос: как определить марку металла или сплава? Для решения этой задачи было создано не мало приборов, работающих на различных физических методах.

Как было сказано выше, значение термоэдс является характеристикой конкретного металла. Таким образом, можно определить металл или сплав путем измерения его термоэдс. Этот метод и положен в основу работы «термоэлектрического анализатора металлов и сплавов ТАМИС» читать далее.

▲ Вверх