а вызванное теплом Джоуля -

(а; - ai) АГ

Д

В целом

- + 1 а,- Ог

(11.28)

(11.29)

Более общие соотношения для нахождения эффективных значений термоэлектрических параметров разных типов неоднородностей получены в [20] методом, приведенным в работе [31]:

1 ((а-(а ) 1 - ((а-(сс)))

3 <а>2 3 (а)

1 ((к-(>с))) 2 ((а-(а)))

3 (>с>2 3 . (а)?

3 (р> 3 (а>

(П.30) (11.31)

(11.32)

где { ) соответствует усреднению по объему термоэлектрических параметров, ((о -(о)) ), ((а -(а))), ((х-(х ) - средние квадратичные отклонения электропроводности, термоЭДС, теплопровод-

ности, Z := > <-к> Р* - коэффициенты разложения термоЭДС и удельного сопротивления в трехмерный ряд Фурье в рассматриваемом объеме.

Для однородного твердого раствора с неравномерным распределением концентрации носителей [16] соотношения (11.30) - (II..S2) для случая примесной проводимости записываются в виде обобщенной формулы

((б ))-

4ф-=Л((п

1+в-

(11.33)

которая связывает эффективные значения величины i4эф (а, о, х, Z) со значениями А (( )), соответствующими усредненной концентрации носителей тока (п), и со средним квадратичным отклонением концентрации носителей (бп)* Значения g приведены в табл. II.2.

Экспериментальная проверка формулы (11.23) проведена в работе [1] на примере двухкомпоненгиой смеси РЬТе. Влияние вихревых токов на добротное гь слоистых материалов наблюдалось и в термоэлектрических сплавах на основе BijTeg [15, 16, 30]. Увеличение скорости роста при выращивании монокристаллов, приводившее к образованию слоистой неоднородности, снижало гермоЭДС на 5%, а с учетом разориентации зерен уменьшало добротность материала на 15%.

8 О!

О! 3

-и IN I

га и с о

га М S

га Я

1=£ О С С

к га S

га с

ЛИТЕРАТУРА

I. Айрапетянц С. В. Термоэлектродвижущая сила и добавочная теплопроводность статистической смеси.-ЖТФ, 1957, 27, № 3, с. 478-483.

S. Айрапетянц С. В. Термоэлектрические свойства гетерогенных систем на основе теллурнда сурьмы и висмута: Автореф. дне. канд. техн. иаук.- Л., I960.- 14 с.

3. Анатычук Л. И., Лусте О. Я- Вихревые термоэлектрические токи в CdSb.- ФТТ, 1966, 8, Ks 8. с. 2492-2494.

4. Анатичук Л. /., Лусте О. Я- Дос;;дження замкненнх термоелектричннх струм1в в ан1зотропних середовищах,- УФЖ, 1967, 12, Кз 9, с. 1520-1529.

5. Анатычук Л. И., Искра В. Д., Лусте О. Я- Вихревые термоэлектрические токи в Ge.-Изв. вузов, физика, 1968, № 2, с. 127-128.

6. Анатичук Л. /., 1скра В. Д., Лусте О. Я- Вплнв дом!шок на термоелектрнчн! властивост! анзотропних матер1ал1в.-УФЖ, 1969, 14, Ks 1, с. 146-152.

7. Анатычук Л. И., Лусте О. Я- Вихревые термоэлектрические токи и поперечная термоэдс в зонально неоднородных пластинах.- Изв. вузов. Физика, 1969, Ш 6, с. 134-136.

8. Анатичук Л. /., Лусте О. Я- Дослджеиня эамкнених термоелектричннх струмв у зонально иеоднор1дних середовищах.- УФЖ, 1969, 14, № 8, с. 1391-1395.

9. Анатычук Л. И., Димитращук В. Г., Лусте О. Я- Поперечная термоэдс в короткозамкнутом анизотропном кристалле.-ФТП, 1969. 8, Nj 8, с. 1257- -1259.

10. Анатычук Л. И., Димитращук В. Г., Лусте О. Я- и др. Поперечная термоэдс в полупроводниковой двуслойной пластине.- ФТП, 1971, Б, № 5, с. 956-958.

II. Анатычук Л. И., Выграненко Ю. В., Лусте О. Я-, Пинчук И. И. Распределение потенциалов в однородном изотропном полупроводнике при большом градиенте температуры.-ФТП, 1972. 6, № 5, с. 981-983.

12. Анатычук Л. И., Лусте О. Я- А. с. 372492 (СССР). Способ многозондового измерения удельного сопротивления полупроводниковых эпитаксиальных пленок.- Опубл. 01.03.73.

13. Анатычук Л. И., Бойко В. Н., Лусте О. Я., Разиньков В. В. Поперечная термоэдс в короткозамкнутых кристаллах - ФТП, 1975, 9, № 7, с. 1410- 1413.

14. Анатычук Л. Лусте О. Я- Вихревые термоэлектрические токи н вихревые термоэлементы.- ФТП, 1976, 10, № 5, с. 817-832.

15. Гольцман Б. Ы., Комиссарчик М. Г., Лукьянова Л. Н., Паат А. А. Влияние иеоднородностей на термоэлектрические свойства сплава 80 мол. % Bi,Tes + -f 20 мол. % BljSes.-ФТП, 1968, 2, № 6, с. 873-876.

16. Гольцман Б. М., Кудинов В. А., Смирнов И. А. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе BIjTea.- М. : Наука, 1972.-320 с.

17. Гуревич Л. Э., Шендор Е. Ф. Вихревые токи в термомагнитном и акустомаг-нитном эффектах.-ЖЭТФ, 1969, Б7, № 5, с. 1699-1702.

18. Заварицкий Н. В. Деформационный термомагнитный эффект у олова.-ЖЭТФ, 1974, 67, №3, с. 1210-1217.

19. Иоффе А. Ф. Физика полупроводников.- М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1957.- 491 с.

20. Кудинов В. А., Мойжес Б. Я- Влияние случайных неоднородностей на измерения термоэдс и коэффициента Нернста в сильном магнитном поле.- ФТТ, 1965 7, № 8, с. 2309-2317.

21. Лебедев В. В. Деформационный термомагнитный эффект. - ЖЭТФ, 1974, 67, № 3, с. И61-1167.

22. Оделееский В. И. Расчет обобщенной проводимости гетерогенных систем.-ЖТФ, 1951, 21, Ks 6, с. 678-685.

23. Пилат И. М. Самойлович А. Г., Анатычук Л. И. А. с. 230915 (СССР). Термоэлемент.- Опубл. 13.03.69.

24. Самойлович А. Г. Термодинамика и статистическая физика.- М. : Гостехиздат, 1955.-.468 с.

25. Самойлович А. Г., Буда И. С, Даховский И. В. и др. Термоэлектрические Л термомагиитные явления в анизотропных полупроводниках.- В кн.: Тез.

.докл. Vlli собещ. во теории полупроводников.-Киев : Наук, думка. 1975, с. 149-150.

26. Скок Э. М., Сардарян В. С, Блох М. Д. Термоэдс в эпитаксиальных пленках.- ФТП. 1968, 2,N 12, с. 1813-1816.

27. Скся Э. М., Блох М. Д. Вихревые термоэлектрические токи в неоднородных пленках.- ФТТ, 1970, 12, № 3, с. 920-922.

28. Хогарт К. Материалы, используемые в полупроводниковых приборах.- М.: Мир, 1968.-349 с. > f

29. Gelling L. Das Thermoelement als Strahlungsmesser.-Z. angew. Phys., 1951 <

30. GoWsmidH. л Thermoelectric refrigeration.-London : Temple press bocks 1964 (1965).-240 p.

31. Herring C. Effect of-random Inhomogenlties on electrical and gafvanomagnetlc measurements.-J. Appl. Phys., I960, 81, N 11 p. 1939-1953

32. Hirose A. Mathematical theory of multi-dimensional thermoelectricity with some experimental proofs.-J. Inst. Eleclr. Eng. Jap., 1954, 74, N 9, p. 1056-

33. Justi E. Пат. 1076210 (ФРГ). Thermoeleklrlsche Komblnation Insbesondere Thermosaule.-Опубл. 15.09.60.

34. LukoszW. Geschlossene elektrische Strcme in thermoelektrischanlsotropen Krlstallen.-Z. Naturforsch., 1964. 19a. N 13, S. 1599-1610.

Sr TTiraoelectric effects In nonlinear Junctions. - J. Appl. Phys.. 1962, 83, N 5, p. 1902-1903. 36. Wilson vr., £pps r. The construction of thermocouples by electrodeposltion - Proc. Phys. SCO.. 1919/1920, N 32, p. 326-338. i f ч

Глава III. СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ В УСЛОВИЯХ ГЕНЕРАЦИИ ЭДС И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Основные типы термоэлементов

§ 1. Классификация термоэлементов

Термоэлементом называют часть термоэлектрического прибора или устройства, в котором для преобразования одних видов энерЕИн в другие использованы термоэлектрические или гальванотермомагнит- ] ные явления.* Например, в термоэлектрических генераторах или I в термоэлектрических преобразователях для измерения температуры, где используют эффект Зеебека, термоэлементами являются две ветви из различных материалов и спай между ними. Последователь- i но или иным способом включенные термоэлементы образуют теомо- j электрическую батарею. До настоящего времени четкой классифи- кации термоэлементов не существует, однако, учитывая сложивщиеся j в термоэлектричестве традиции, в настоящем справочнике термоэле- * менты отпичают друг от друга, в первую очередь, -йе по конструк- i тнвным признакам (например, по размерам ветвей или их конфигурации), а по наиболее существенным эффектам, которыми опреде- 1 ляются принципы их работы.

В таблице приведен вариант классификации термоэлементов. . При ее составлении учтены условия, приводяшле к возникновению термоэлектрического преобразования (см. табл. П. 1), и рассмотрен- ные в гл. I термоэлектрические и гальванотермомагнитные эффекты. Ряд термоэлементов удобно описывать эффектом вихревых термоэлектрических токов, такие термоэлементы носят название вихревых.

По конструктивным признакам каждый из гермоэлементов может быть классифицирован дополнительно. Например, в работе [35) , термопарные элементы разделены на коллекторные, цилиндрические, проницаемые [20, 21]. .

В главах 111, IV, V описываются свойства термоэлементов , в различных условиях работы: для генерации ЭДС и электрического \ тока, термоэлектрического охлаждения, термоэлектрического нагрева. Применяемые в двух последних случаях термоэлементы иногда называют тепловыми насосами. Этим подчеркивается, что при охлаждении и термоэлектрическом нагреве используются одни и те же эффекты - результатом их действия является перенос тепла or хо- I лодных объектов к горячим или, Hai6opoT, от горячих к холодным. I Изменение направления теплового потока производится соответству-1 ющим изменением направления электрического тока, протекающего j

Не следует отождествлять с термином термоэлемент , иногда употребляемым для обозначения электрических нагревателей, выделяющих тепло Джоуля, приемников нзлучення и др.