Большая Советская Энциклопедия (ТЕ)

Большая Советская Энциклопедия

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 (Q_n = 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; I_x — измеряемый ток; r_н — нагреватель; r_t — 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

, где a — термоэлектрический коэффициент, l — удельная теплопроводность, r — удельное электрическое сопротивление. Обычно при изготовлении термоэлементов для Т. о. используют полупроводники (Z = 1,5—3,5 град^{– 1} ), например тройные сплавы сурьмы, теллура, висмута и селена (см. Термоэлектрические явления ). Установки с Т. о. просты по конструкции, не имеют движущихся частей и холодильных агентов , безопасны в эксплуатации, но малоэкономичны (удельный расход электроэнергии в 6— 8 раз выше, чем у парокомпрессионных холодильных машин ). Обычно Т. о. используется в установках с холодопроизводительностью до 100 вт, которые находят практическое применение в радиоэлектронике, вакуумной технике, приборостроении, медицине и т. д.

В. А. Гоголин.

Термоэлектронная эмиссия

Термоэлектро'нная эми'ссия, Ричардсона эффект, испускание электронов нагретыми телами (твёрдыми, реже — жидкостями) в вакуум или в различные среды. Впервые исследована О. У. Ричардсоном в 1900— 1901. Т. э. можно рассматривать как процесс испарения электронов в результате их теплового возбуждения. Для выхода за пределы тела (эмиттера) электронам нужно преодолеть потенциальный барьер у границы тела; при низких температурах тела количество электронов, обладающих достаточной для этого энергией, мало; с увеличением температуры их число растет и Т. э. возрастает (см. Твёрдое тело ).