Электрические эффекты в металлических проводниках

Электрические эффекты в металлических проводниках

 

В месте соединения двух разных материалов вследствие нагревания указанной области появляется разница потенциалов. Данный эффект образуется вследствие появления электрической движущей силы в замкнутом контуре, выполненном из разных материалов. Такое различие температур вызывается появлением термо-ЭДС. А уже следствием термо-ЭДС в замкнутом контуре становится электрический ток. Вот о том, какими еще бывают электрические эффекты в металлических проводниках, мы и поговорим в этой статье.

 

 

Контактная разность потенциалов между проводниками

 

Контактные напряженияКонтактная разность потенциалов или электро­движущая сила (ЭДС) возникает у проводников аналогично тому, как контактная разность по­тенциалов или процесс электризации трением происходят у изоляторов (например, у стекла и жесткого каучука). Если между двумя разнород­ными металлами (при равной температуре) об­разовать плотное соединение «металл — металл», а потом их разъединить, между ними образуется контактная разность потенциалов. Причина свя­зана с разной работой выхода электронов. Вели­чина контактной разности потенциалов зависит от положения элементов в ряду контактных на­пряжений (табл. «Контактные напряжения» ). Если соединяются более двух проводников, то результирующая контактная разность потенциалов равняется сумме отдель­ных значений контактной разности потенциалов.

 

 

Термоэлектричество

 

Разность потенциалов (гальваническое на­пряжение) образуется в месте контакта двух проводников из-за разного уровня работы вы­хода электронов. Ряд термоэлектрических констант относительно ПлатиныСумма всех гальванических напряжений в замкнутой цепи проводников (с одинаковой температурой по всей цепи) равна нулю. Измерение этой разности потенциалов возможно только при изменении температуры (термоэлектрический эффект или эффект Зеебека). Значение термоэлектрического на­пряжения в большой мере зависит от степени загрязнения и предварительной обработки материала.

В ряду термоэлектрических констант (табл. «Ряд термоэлектрических констант относительно Платины» ) материалов дается их термо-ЭДС относительно эталонного металла (как правило, платины, меди или свинца). В нагретом месте соедине­ния электрический ток течет от проводника с меньшей термо-ЭДС к проводнику с большей. Термо-ЭДС η любых пар (термоэлементов) равна разности индивидуальных термо-ЭДС.

Обратной стороной эффекта Зеебека явля­ется эффект Пельтье, при котором разность температур создается за счет электрической энергии (тепловой насос). При прохождении электрического тока через проводники, расстав­ленные по порядку А-В-А, одно место спайки охлаждается, а другое нагревается больше, чем это соответствует выделяемой джоулевой те­плоте. Производимое в этом случае количество теплоты определяется по формуле:

ΔQ = π·I·Δt

где:

π — коэффициент Пельтье;

I — сила тока;

­Δt — временной интервал.

Коэффициент Пельтье π, температура Т и термо-ЭДС η находятся в отношении:

π = η·Т

Образование теплоты с помощью электриче­ского тока возможно в однородном прово­днике, если на нем поддерживается перепад температуры по длине ΔT/l (эффект Томсона). В то время как джоулева мощность пропорцио­нальна I2, мощность, производимая благодаря эффекту Томсона, равна:

Р = — σ I ΔТ

где:

σ — коэффициент Томсона;

I — сила тока;

ΔТ — разность температур.

Обратной стороной эффекта Томсона является эффект Бенедикса, при котором разность по­тенциалов создается за счет неравномерного распределения температур (особенно в тех местах, где значительно изменяется площадь поперечного сечения).

 

 

Гальваномагнитный и термомагнитный эффекты

 

Под такими эффектами понимают изменения электрической и термической проводимости проводника, вызванные воздействием магнит­ного поля. Эффект ХоллаСуществуют двенадцать эффектов этого рода, среди них самые известные — эф­фекты Холла, Эттингсхаузена, Риги-Ледук и Нерста.

Особое техническое значение имеет эффект Холла. Если по проводнику протекает электри­ческий ток и проводник под прямым углом пронизывает магнитное поле, то возникает так называемое напряжение Холла UH, перпенди­кулярное направлению тока и направлению магнитного поля (рис. «Эффект Холла» ):

UH = RH·IV·B/d

где:

Rн — постоянная Холла;

Iv — сила тока от ис­точника питания;

В — магнитная индукция;

d-толщина проводника.

У ферромагнитных материалов напряжение Холла зависит от намагничивания (гистерезиса). Эффект Холла применяется в датчиках Холла.

В следующей статье я расскажу о полупроводниковых технологиях в автомобилестроении.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *