Какво е термодвойка и как работи

Термодвойките съществуват поради такова явление като разлика в потенциала на контакта. Ако два различни твърди проводника или полупроводници се доближат до един друг, тогава в близост до мястото на техния контакт се образуват отделени електрически заряди. В този случай на външните краища на тези проводници ще възникне потенциална разлика. Тази разлика на потенциала ще бъде равна на разликата в работната функция за всеки метал, разделена на заряда на електрон

Ясно е, че ако затворите такава двойка в пръстен, полученият EMF ще бъде нулев, но ако от една страна той все още е оставен отворен, тогава ще има истински EMF, вариращ от десети от волта до единици волта, в зависимост от това какво това е за материалите.

Разбира се, не е възможно да се измери разликата в контактния потенциал с волтметър, но той ще се прояви на характеристиката на токовото напрежение, например, той се проявява в транзистор и в диода на p-n кръстовище.

Долната линия е, че когато например два метала влязат в контакт, системата излиза от равновесие, тъй като химическите потенциали на тези два метала не са равни помежду си, в резултат на това електроните дифундират в посока на намаляване на тяхната енергия, което от своя страна води до промяна на заряда и електрически потенциал на контактуваните метали. Така в близкоконтактния регион започва растежът на електрическото поле и в резултат имаме това, което имаме.

Ако сега отново разгледаме тези два проводника от различни метали, затворени само в пръстен, когато общият емф в затворената верига стане нула, тогава тук получаваме две места за контакт. Ще наречем тези места кръстовища.

И така, има две кръстовища на два различни проводника. Какво става, ако се опитате да загреете едно от кръстовищата, а второто да оставите на стайна температура? Очевидно, тъй като свързаните метали са различни и има контактна потенциална разлика във всяка става, съединенията ще изпитат различни отклонения на ЕМП при различни температури.

Експериментът доказва, че потенциалната разлика между кръстовищата ще бъде пропорционална на разликата в техните температури, така че можете да въведете коефициента на пропорционалност, който се нарича термо-ЕМП. За различните термодвойки термо-EMF ще бъде различен.

Ако напрежението се измерва в контекста на такъв пръстен, тогава в определен температурен диапазон той ще бъде почти строго пропорционален на температурната разлика на кръстовищата. И дори ако оставите само едно кръстовище (както е на фигурата) и го нагреете само и измерите напрежението между два края, разположени при една и съща стайна температура, все още можете да намерите много ясна зависимост на ЕМП от текущата температура на кръстовището. Ето как работят термодвойките.

Описаното явление се отнася до термоелектрика, а самият ефект, въз основа на който работят всички термодвойки, се нарича Ефект на Зеебек, в чест на своя откривател - Томас Зеебек. Днес можете да намерите индустриални термодвойки, в които, в зависимост от необходимия измерен температурен диапазон, електродите са направени от специално подбрани сплави.

Например, термодвойките, изработени от хром и алуминиеви сплави, имат коефициент на термо-емф 40 микроволта на ° С и са проектирани да измерват температури в диапазона от 0 до + 1100 ° С. Двойка мед-константан, толкова популярна като демонстрационен инструмент, ви позволява да измервате температури от -185 до + 300 ° C.

Неговият термо-EMF силно зависи от специфичната температурна разлика, следователно, за да се оцени параметрите му е удобно да се използва таблицата, например при температура на студено съединение от 0 ° C, при температурна разлика от 100 градуса, разликата в потенциала на двойката мед-константан ще бъде приблизително 4,25 mV.