Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов.

Магнитное поле. Основные характеристики поля: магнитная индукция, напряженность. Энергия магнитного поля, объемная плотность энергии магнитного поля.

1) магнитное поле является силовым, а значит, имеет направленность;

2) магнитное поле обладает энергией, т.к. способно выполнять работу;

3) в качестве силовой характеристики магнитного поля в данной точке удобно использовать вектор Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru , модуль которого Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru , а направление совпадает с положительным направлением нормали к контуру. Эта величина Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru называется вектором магнитной индукци.

Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru (тесла)

Т.к. Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru характеризует силовое действие магнитного поля на ток, то индукция является аналогом напряженности электрического поля Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru . Распределение вектора магнитной индукции Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru в магнитном поле по аналогии с распределением Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru в электрическом изображают с помощью силовых линий, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru . Силовые линии охватывают проводники с током и всегда замкнуты. Их направление определяется правилом буравчика. Число линий на единицу площади поперечного сечения в данном месте соответствует модулю вектора Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru . Магнитная индукция – отношение максимального вращающегося момента, действующего на рамку током в однородном магнитном поле, к магнтитному моменту этой рамки: В = Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru / Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru

Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях.

Направление силы Лоренца тоже определяется по правилу левой руки. Однако следует помнить, что для положительных зарядов четыре вытянутые пальца располагаются по вектору скорости, а для отрицательных – против. Т.к. Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru , то это означает, что сила Лоренца не может изменить величину скорости, но изменяет направление вектора скорости в пространстве, т.е. сообщает заряду нормальное (центростремительное) ускорение. В результате этого в простейшем случае, когда Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru , заряд q в магнитном поле будет двигаться по дуге окружности, радиусом R:

Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ruТермоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru

и периодом обращения

Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru .

Эти простые соотношения лежат в основе объяснения принципов действия, таких известных приборов как ускорителей заряженных частиц и масс-спектрографа.

В общем случае, когда заряженные частицы влетают в магнитное поле под углом, то их движение можно представить как суперпозицию: равномерного прямолинейного со скоростью υïç = υ·cosa вдоль силовых линий; и равномерного обращения со скоростью υ^ = υ·sina вокруг силовых линий в плоскости перпендикулярной полю (рис. ). В результате образуется движение по спирали вдоль силовых линий. Винтовая линия (траектория) имеет радиусом R и шаг:

h = υïç∙Т = υТ ·cosa = Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru .

Ферромагнетики

Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru Помимо слабомагнитных веществ, к которым относится диамагнетики и парамагнетики, существует еще сильномагнитные вещества ферромагнетики. Намагниченность ферромагнетиков имеет тенденцию к насыщению. Существенной особенностью этого класса веществ являются: а) большие значения магнитной проницаемости Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru (для Fe – 5000, супермаллоя – 800000) и б) зависимость μ от H (рис.). Такой характер поведения μ обуславливает явление магнитного гистерезиса – зависимость Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru не только от H, но и от того какой была намагниченность в предыдущий момент.

Формула Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru справедлива и для ферромагнетиков, однако магнитная индукция теперь не будет пропорциональна напряжённости намагничивающего поля, т.к. μ = f(H).

Особенности ферромагнетика обусловлены тем, что в нём имеется множество сравнительно крупных самопроизвольно намагниченных до насыщения областей – доменов, размером порядка 10-2 см. В пределах одного домена спиновые магнитные моменты электронов ориентированы одинаково. Однако ориентация самих доменов хаотична. Поэтому в отсутствие магнитного поля ферромагнетик не обнаруживает намагниченности. Внешнее поле упорядочивает ориентацию доменов. При напряжённости поля Hμ все домены занимают положение, при котором их магнитные моменты ориентированы в направлении внешнего поля – ферромагнетик намагничивается до насыщения. При выключении поля ферромагнетик не размагничиватся полностью.

Ферромагнитики с широкой петлей гистерезиса называются жесткими, а с узкой мягкими.

ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru
Из теории Максвелла вытекает, что все электромагнитные волны имеют общую природу, но в зависимости от частоты отличаются друг от друга, как механизмом образования, так и по своим свойствам. Это позволяет разделить весь интервал длин волн на отдельные виды (рис.3):

I. радиоволны – λ = 103 ÷ 10-4 м, ν = 3∙105 ÷ 3·1012 Гц.

II. оптический диапазон:

а) инфракрасное (ИК) излучение – λ = 8·10-7 ÷ 5·10-4 м, ν = 6∙1011 ÷ 3,75·1014 Гц.

б) видимый свет – λ = 4·10-7 ÷ 8·10-7 м, ν = 3,75∙1014 ÷7,5·1014 Гц.

в) ультрафиолетовое (УФ) излучение - λ = 1·10-9 ÷ 4·10-7 м, ν = 7,5∙1014 ÷ 3·1017 Гц.

Ш. рентгеновское излучение – λ = 6·10-14 ÷ 2·10-9 м, ν = 1,5∙1017 ÷ 5·1019 Гц.

IV. γ - излучение – λ ‹ 6·10-12 м, ν › 5·1019 Гц.

Следует иметь в виду, что границы диапазонов довольно условны, т.к. волны одной и той же длины могут возникать в разных процессах.

Законы отражения

I закон: Луч падающий и луч отраженный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведеннымк границе раздела 2 сред в точке падения

II закон:Угол падения равен углу отражения: a=b

Различают отражения зеркальное и диффузное. Зеркальнымназывается отражение, при котором падающий на поверхность параллельный пучок лучей остается параллельным. Диффузнымназывается отражение, при котором падающий параллельный пучок лучей рассеивается.

Законы преломления.

На границе двух сред, кроме отражения, наблюдается преломление света - явление, состоящее в том, что луч частично проходит во вторую среду, изменяя свое первоначальное направление. Этот луч называется преломленным.

I закон: Луч падающий, перпендикуляр, восстановленный к границе раздела двух сред в точке падения, и преломленный луч лежат в одной плоскости.

II закон: Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред и называется показателем преломления второй среды относительно первой:

Sina/Sing=const=n21

Оптический прибор, служащий для определения относительного показателя преломления двух сред (а также абсолютного показателя преломления одной из сред, если показатель другой среды известен), и основанный на явлении полного внутреннего отражения, называется рефрактометром

Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов.

Термоэлектрические явления – это явления, в которых отражается специфическая связь между электрической и молекулярно-тепловой формами движения материи в металлах и полупроводниках. Эти явления существенно зависят от неоднородности материалов, что характерно для цепей, состоящих из контактов разных металлов или полупроводников. Рассмотрим контакт 2 металлов 1,2 с различной концентрацией электронов: n1 > n2

+ -
n1 + - n2
+ -

После создания контакта начинается диффузия электронов из одного атома в другой. Т.к.концентрации электронов различны, то диффундирующие потоки из разных металлов будут неодинаковыми.это приведет к заряжению металлов противоположными зарядами и возникновению между ними внутренней контактной разности потенциалов Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru При этом первый металл будет иметь больший потенциал относительно второго. Изменение энергии Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru свободных электронов в приконтактной области при установившемся значении контактной разности потенциалов соответствует динамическому равновесию. При динамическом равновесии потоки электронов в одном и другом направлениях в металлах будут одинаковыми. Так как концентрация свободных электронов в металлах очень большая, то переход элекронов из одного металла в другой практически не изменит их концентраций, которые и в условиях динамического равновесия останутся прежними. Рапределение свободных электронов в соприкасающихся металлах в рамках классической физики будет соответствовать распределению Больцмана. Можно записать концентрации для электронов в 1-ом и 2-ом металлах: Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru = Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru и Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru = Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru .Здесь Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru - потенциальная энергия электронов в одном металле, Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru - в другом, причем Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru , где е- заряд электрона. Взяв отношение Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru = Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru , прологарифмировав его, получаем Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru = Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru
Итак, внутренняя контактна разность потенциалов зависит как от различий концентраций свободных электронов в металлах, так и от их температуры.
кроме внутренней контактной разности потенциалов при сопрокосновении металлов возникает так называемая внешняя контактная разность потенциалов, которая обусловлена различием работы выхода электронов из разных металлов.

27.Термоэлектродвижущая сила. Термопара. Явление Пельтье.
Между двумя различными металлическими проводниками в месте их соединения возникает контактная разность потенциалов, обусловленная различием работы выхода электронов из разных металлов, неодинаковой концентрацией электронов и давлением электронного газа.

Причины.термо-э.д.с.: · температурная зависимость контактной разности потенциалов; · диффузия носителей заряда от горячих спаев к холодным; · увлечение электронов фононами (квантами тепловой энергии).

Разность потенциалов U, появляющаяся на концах разомкнутой электрической цепи, состоящей из двух различных проводников, контакты которых находятся при различных температурах (Т1 и Т2) называется термоэлектродвижущей силой. ЭДС равна сумме скачков потенциала цепи, обусловленных сторонними силами: Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru = β( Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов. - student2.ru ). Это явление, справедливое и для полупроводников, называют термоэлектричеством.

Термоэлектричество находит 3 основных применения:

1. Для создания генераторов тока с прямым преобразованием молекулярно-тепловой энергии в электрическую. (исп.на кораблях, спутниках в кач-ве бортовых источников электроэнергии)

2. Для определения температур. В медицине исп.для нахождения температуры отдельных органов.

3. Для измерения мощности инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучений.

Термопара - (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах. Явление Пельтье можно считать обратным термоэлектричеству. Если через термопару пропустить электрический ток от постороннего источника, то один из спаев будет нагреваться, а другой – охлаждаться. Кол-во теплоты, выделенное на одном спае, будет равно кол-ву теплоты, поглощенному на другом. При изменении направлени тока роль спаев изменится. Кол-во выделевшейся или поглощенной теплоты пропорционально заряду q, протекшему через спай за время t: Q = Пq = П/q, где П-коэф.Пельтье, зависящий от соприкасающихся материалов и их температуры. Закономерность позволяет определить кол-во теплоты Пельтье,которое отлично от кол-ва теплоты Джоуля – Ленца, так как в последнем случае оно пропорционально квадрату силы тока. Явление Пельтье используют для создания холодильников, установок микроклимата и т.п., которые используют для медико-биологических целей. Изменяя силу тока, можно регулировать кол-во выделяемой или поглощаемой теплоты,а изменяя направление тока можно преобразовать холодильник в нагреватель и наоборот.

Наши рекомендации