Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Эффект Зеебека — термоэлектрическое явление, при котором в замкнутой электрической цепи из двух разных проводников возникает электродвижущая сила, если их спаи находятся при разных температурах. Это базовый принцип работы термопар — самых распространённых датчиков температуры в промышленности и науке.
В физике эффект Зеебека — это возникновение термоЭДС при разности температур между двумя контактами разнородных проводников или полупроводников. Названный в честь немецкого учёного Томаса Иоганна Зеебека, открывшего явление в 1821 году, он лежит в основе термопар и термоэлектрических генераторов.
Явление подробно рассмотрено в курсе Сивухина «Общий курс физики» (том 3 «Электричество») и в зарубежной классике Kittel «Introduction to Solid State Physics». На эффекте Зеебека построена вся современная контактная термометрия высоких температур, реализованная по ГОСТ Р 8.585-2001 и международному стандарту IEC 60584-1:2013.
В нагретом конце проводника свободные электроны имеют большую кинетическую энергию и диффундируют к холодному концу. Возникает разделение зарядов и встречное электрическое поле. В разных металлах процессы протекают с разной интенсивностью, поэтому суммарная ЭДС цепи из двух проводников не компенсируется и измеряется как термоЭДС.
Простейшая запись для дифференциальной термоЭДС двух проводников A и B:
dE = (S_A − S_B) · dT
где S_A и S_B — абсолютные коэффициенты Зеебека материалов, В/К; dT — элементарная разность температур, К.
В интегральной форме при постоянных коэффициентах: E = α·(T₁ − T₂), где α = S_A − S_B — относительный коэффициент Зеебека пары, T₁ и T₂ — температуры горячего и холодного спаев. Знак ЭДС определяется направлением тока в горячем спае. Для пары медь–константан α ≈ 43 мкВ/К при комнатной температуре.
Хромель-алюмелевая термопара типа K с коэффициентом α ≈ 41 мкВ/К при разности температур 500 К даёт термоЭДС около 20,6 мВ. Это типичный сигнал для входных каскадов промышленных измерительных приборов и регистраторов температуры.
Стандартные термопары различаются составом проводников, диапазоном рабочих температур и чувствительностью. Их характеристики унифицированы по ГОСТ Р 8.585-2001 и IEC 60584-1:2013.
В промышленности наиболее массово применяется тип K — благодаря широкому диапазону, низкой цене и стабильности. Для самых высоких температур (плавление металлов, печи) используют благородные пары S, R, B. Для криогенных задач — T и E. Тип N выбирают для длительной работы при 1000–1300 °C, где K деградирует из-за «зелёной гнили».
Эффект Зеебека — один из трёх связанных термоэлектрических явлений, описываемых соотношениями Кельвина (Томсона). Все они подробно рассмотрены у Kittel.
Связь между коэффициентами: Π = α·T (соотношение Кельвина), где Π — коэффициент Пельтье. Это позволяет одной парой материалов реализовать как генерацию ЭДС, так и активное охлаждение.
Технологии на основе эффекта охватывают измерительную технику, энергетику и автономные источники питания.
Эффективность преобразования характеризуется добротностью ZT = α²σT/κ, где σ — электропроводность, κ — теплопроводность. Лучшие промышленные материалы: Bi₂Te₃ (комнатная температура, ZT ≈ 1,0), PbTe (среднетемпературный, до 600 К), SiGe (высокотемпературный, до 1200 К). Современные наноструктурированные материалы достигают ZT = 2,0–2,5 в лабораторных образцах.
Термопары — компромисс между точностью, надёжностью и стоимостью. У них есть как сильные стороны, так и характерные недостатки.
Эффект Зеебека — фундаментальное термоэлектрическое явление, обеспечивающее работу термопар, термоэлектрических генераторов и большинства устройств контактной термометрии. Знание физики процесса, формул и стандартных характеристик термопар по ГОСТ Р 8.585-2001 позволяет инженеру грамотно выбирать датчики температуры и проектировать системы измерения тепловых полей в широком диапазоне условий — от криогенных до высокотемпературных промышленных процессов.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.