Vad är ett termoelement och hur fungerar det

Termoelement finns på grund av ett sådant fenomen som skillnad i kontaktpotential. Om två olika fasta ledare eller halvledare bringas i nära kontakt med varandra bildas separerade elektriska laddningar i närheten av kontaktpunkten. I detta fall kommer vid de yttre ändarna av dessa ledare att uppstå en potentiell skillnad. Denna potentialskillnad kommer att vara lika med skillnaden i arbetsfunktionen för varje metall dividerad med elektronladdningen

Det är uppenbart att om du stänger ett sådant par i en ring kommer den resulterande EMF att vara noll, men om den å ena sidan fortfarande är öppen, kommer det att finnas en riktig EMF, som sträcker sig från tiondelar av en volt till enheter av volt, beroende på vad detta är för materialen.

Naturligtvis är det inte möjligt att mäta kontaktspotentialskillnaden med en voltmeter, men den kommer att manifestera sig på strömspänningskarakteristiken, till exempel manifesterar den sig i en transistor och i dioden på p-n-korsningen.

Sammanfattningen är att när till exempel två metaller kommer i kontakt, går systemet ut ur jämvikt eftersom de två kemiska potentialerna för dessa två metaller inte är lika med varandra, som ett resultat diffunderar elektronerna i riktning för att minska sin energi, vilket i sin tur leder till en förändring i laddning och elektrisk potential för kontaktade metaller. Så i närkontaktområdet börjar tillväxten av det elektriska fältet, och som ett resultat har vi det vi har.

Om vi ​​nu igen betraktar dessa två ledare av olika metaller, endast stängda i en ring, när den totala emk i den slutna kretsen blir noll, får vi två kontaktplatser. Vi kommer att kalla dessa platser korsningar.

Så det finns två korsningar mellan två olika ledare. Tänk om du försöker värma upp en av korsningarna och lämna den andra vid rumstemperatur? Eftersom de anslutna metallerna är olika och det finns en kontaktpotentialskillnad i varje fog uppenbarligen kommer korsningarna att uppleva olika EMF-avvikelser vid olika temperaturer.

Experimentet bevisar att potentialskillnaden mellan korsningarna kommer att stå i proportion till skillnaden i deras temperaturer, så att du kan ange proportionalitetskoefficienten, som kallas termo-EMF. För olika termoelement kommer termo-EMF att vara annorlunda.

Om spänningen mäts i samband med en sådan ring, kommer den i ett visst temperaturområde att vara nästan strikt proportionell mot temperaturskillnaden på korsningarna. Och även om du bara lämnar en korsning (som i figuren) och bara värmer upp den och mäter spänningen mellan två ändar som ligger vid samma rumstemperatur, kan du fortfarande hitta ett mycket tydligt beroende av EMF på den aktuella korsningstemperaturen. Så här fungerar termoelement.

Det beskrivna fenomenet avser termoelektriskt, och effekten i sig, på grundval av vilken alla termoelement fungerar, kallas Seebeck-effekt, till heder för sin upptäckare - Thomas Seebeck. Idag kan du hitta industriella termoelement, i vilka, beroende på det uppmätta temperaturområdet, elektroderna är tillverkade av speciellt utvalda legeringar.

Exempelvis har termoelement tillverkade av kromel- och aluminiumlegeringar en termo-emf-koefficient på 40 mikrovolter per ° C och är utformade för att mäta temperaturer i intervallet från 0 till + 1100 ° C. Ett par kopparkonstantan, så populärt som ett demonstrationsverktyg, låter dig mäta temperaturer från -185 till + 300 ° C.

Dess termo-EMF beror starkt på den specifika temperaturskillnaden. För att utvärdera dess parametrar är det bekvämt att använda tabellen, till exempel vid en kall korsningstemperatur på 0 ° C, vid en temperaturskillnad på 100 grader, kommer den potentiella skillnaden för kopparkonstantanparet att vara ungefär 4,25 mV.