Зеебека эффект - возникновение эдс (термоэдс) в электрич. контуре, состоящем из двух проводников А и В, контакты между к-рыми поддерживаются при разных темп-pax T1 и Т2.
Открыт в 1821 Т. И. Зеебеком (Th. J. Seebeck). 3. э. используется для
прямого преобразования тепловой энергии в электрическую
(термоэлектрогенераторы) и в термометрии.
Термоэдс контура определяется ф-лой:
где SA п SB наз. абсолютными термоэдс (дифференц. термоэдс, коэф. термоэдс) проводников А и В, Абс. термоэдс - характеристика проводника, равная S=du/dT, где и - эдс, возникающая в проводнике при наличии в нём градиента температур. 3. э. связан с др. термоэлектрическими явлениями (Пельтье эффектом и Томсона эффектом)соотношениями Кельвина:
где r и П - коэф. Томсона и Пельтье.
Градиент температуры создаёт в проводнике градиент концентраций "холодных" и "горячих" носителей заряда. В результате этого возникают два диффузионных потока носителей - вдоль и против градиента температуры. Т. к. скорости диффузии
и концентрации "горячих" и "холодных" носителей заряда различны, то на
одном конце проводника создаётся избыточный положит. заряд, а на другом -
отрицательный. Поле этих зарядов приводит к установлению стационарного
состояния: число носителей, проходящих через поперечное сечение образца в
обоих направлениях, одинаково. Возникающая диффузионная термоэдс
определяется температурной зависимостью концентрации носителей заряда и
их подвижностью m, обусловленной характером их взаимодействия с фононами ,примесями и т. д.
В металлах электронный газ
вырожден и термоэдс определяется только различием подвижностей
"горячих" и "холодных" электронов. В полупроводниках термоэдс
обусловлена зависимостью от Т как подвижности, так и
концентрации электронов и дырок. Обычно вклад в термоэдс, связанный с
температурной зависимостью концентрации носителей, превышает вклад,
обусловленный различием в m(T), хотя последний в полупроводниках (вследствие Больцмана распределения
носителей) на неск. порядков больше, чем в металлах. Именно поэтому
термоэдс в полупроводниках значительно выше, чем в металлах.
Теоретическое описание. Выражение для термоэдс может быть получено из кинетич. ур-ния Больцмана:
где величины К1 п К0 определяются ф-лой:
Здесь v - скорость носителей (i, j = x, у, z), t - время их релаксации, h - химический потенциал f,0 - функция распределения Ферми, е - заряд носителей, E - их энергия, k - волновой вектор.
Для металлов выражение (3) принимает вид:
где s(E) - проводимость при T=К. С помощью (4) может быть описана термоэдс кристаллич., аморфных и жидких металлов. Для металлов величина S порядка kT/h, т. к., с одной стороны, электронный газ вырожден и только малая часть электронов (порядка kT/h)участвует в диффузионном токе, с др. стороны, для большинства механизмов рассеяния зависимость проводимости от энергии слабая:
Однако существуют механизмы релаксации, для к-рых термоэдс в металлах порядка k/e. К ним относятся процессы асимметричного упругого и неупругого рассеяния электронов в ферромагнетиках
с немагнитными примесями; процессы интерференции рассеяния,
независящего от спинового взаимодействия электронов с примесью в
кондо-решётках. В этих случаях [дln s(E)/дlnE]E=h~h/kТ. В приближении t=t0Er, где r - параметр, зависящий от природы процессов рассеяния, из (3) следует:
Для полупроводников в случае квадратичного изотропного дисперсии закона носителей из (3) следует:
Знак термоэдс определяется знаком носителей заряда. Первый член суммы в
(6) связан с изменением подвижности, а второй - с изменением
концентрации носителей. Аналогичный вид имеет зависимость S(Т)для аморфных и стеклообразных полупроводников.
Влияние "увлечения" электронов фононами и магнонами.
Диффузионная термоэдс рассматривалась выше в предположении, что фононная
система находится в равновесии. В действительности наличие градиента
температуры вызывает отклонение фононной системы от равновесия - возникает
поток фоноиов от "горячего" конца проводника к "холодному".
Взаимодействуя с электронной системой, они передают им свой избыточный
импульс, в результате чего возникает дополнит. т. н. термоэдс фононного
увлечения Sф (см. Увлечение электронов фононами
,[4]). Она определяется характером
электронно-фононного взаимодействия и зависит от др. механизмов
рассеяния фононов. Если фононная система полностью релаксирует на
электронах (эффект "насыщения"), то при T<<qD (qD- Дебая температура S)ф~T-1. Sф~T3
как для металлов, так и для полупроводников. Если же фононы
взаимодействуют не только с электронами, но и друг с другом, зависимость
Sф(T) иная. В металлах при T>>qD. В полупроводниках электроны взаимодействуют только с длинноволновыми фононами (см. Рассеяние носителей заряда в полупроводниках), а Sф определяется их взаимодействием с коротковолновыми фононами, к-рым длинноволновые фононы передают свой импульс:
Два значения п соответствуют двум механизмам фонон-фононной релаксации, в к-рых либо учитывается (n=1), либо не учитывается (п=2)затухание тепловых фононов. При низких темп-pax гл. роль играют процессы рассеяния на границах образца: Sф~DT3/2, где D - характерный размер образца.
В магнетиках существует эффект "увлечения" электронов магнонами, к-рый также вносит вклад в термоэдс (см. Спиновые волны).
Для металлов с многолистной ферми-поверхностъю и полупроводников с многозонным характером проводимости выражения для диффузионной термоэдс и термоэдс увлечения обобщаются:
Здесь si и Si - парциальные вклады в проводимость и термоэдс i-го листа поверхности Ферми или i-й энергетич. зоны.
3. э. в сверхпроводниках. Под действием градиента температуры в сверхпроводниках
появляется объёмный ток нормальных возбуждений по природе такой же, как
и в обычных проводниках. Этот ток обусловливает объёмный ток
куперовских пар, к-рый компенсирует ток нормальных возбуждений. Т. к.
полный объёмный ток равен 0, а электрич. поле в сверхпроводниках
отсутствует, исследовать термоэдс, связанную с нормальными возбуждениями
в сверхпроводниках, можно, измеряя сверхпроводящую компоненту тока.
И. М. Цидильковский, В. А. Матвеев
Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.
Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.
Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.
Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.