«Жаратылыстану ғылымдары және педагогикасы» Жоғары мектебі

Екі түрлі металлдың қосылған жерінде (контактісінде) осы металдардағы еркін электрондардың шығу жұмысы мен тығыздығының әртүрлі болуына байланысты контактілі деп аталатын потенциалдар айырымы пайда болады. Осы контактілік потенциалдар айырымының пайда болу себептерін қарастырайық.

1 мен 2 нүктелерінің арасында электрондардың металдан шығу жұмысы болатынына байланысты потенциалдар айырымы болады. 2 және 3 нүктелеріндегі электрондар бұл нүктелер бір металдың ішінде болғандықтан бірдей потенциалда болады. А және В металдардың контактісіне 3 нүктеден 4 нүктеге өткенде потенциал өзгереді, оның себебі – А және В металдарындағы еркін электрондардың концентрациясының әртүрлі болуы, 4 пен 5; 5 пен 6 нүктелерінің потенциалдары туралы да осындай тұжырым жасауға болады.

Демек, екі металдың түйіскен жерінде потенциалдар айырымы пайда болады. 3 пен 4 нүктелерінің арасындағы ішкі потенциалдар айырымы да екі металдың бетіне жақын орналасқан. 1 мен 6 нүктелерінің арасындағы сыртқы потенциалдар айырымы. Енді екі металдың 1 мен 2 және 5 пен 6 нүктелерінің арасындағы потенциалдар айырымының пайда болу себептерін қарастырайық. Металдағы өткізгіштік (яғни иондармен байланыспаған) бос электрондар үздіксіз жылулық қозғалыста болады. Олардың ішіндегі ең жылдам қозғалған, кинетикалық энергиялары жоғары электрондар металдан сыртқа ұшып шығуы мүмкін. Бұл жағдайда олардың ұшып шығуына байланысты пайда болған металдың оң зарядының тарту күшіне қарсы және бұлардың ертерек ұшып шыққан электрондар тудыратын электрондық бұлттан тебілу күшіне қарсы жұмыс істеледі. Электронның металдан шығуына істелінетін жұмысты электрондардың металдан металдан шығу жұмысы деп атайды.

Демек, метал мен оны қоршаған кеңістіктің арасында электрондардың шығу жұмысының шамасы А–мен анықталатын потенциалдар айырымы пайда болады.

мұндағы е – электронның заряды.

Ішкі потенциалдар айырымының болу себебі – металдардың көлем бірлігіне кіретін бос электрондар саны n – нің әртүрлі болуы. Бос электрондар концентрациясы көп металдан уақыт бірлігінде ұшып шығатын электрондардың саны көп болады. Мысалы, n_А > n_В болса, А металынан В металына өтетін электрондардың саны кері өтетін электрондардың санынан көп болады. Бұл жағдай екі металдың шекарасында ішкі потенциалдар айырымын тудырады. Классикалық электрон теориясы бойынша.

Мұндағы К – Больцман тұрақтысы,

Демек, қарастырылған екі себепке байланысты (3) және (4) формулаларға сәйкес, екі металдың арасындағы потенциалдар айырымы мынаған тең болады:

Енді А және В металдарынан тұратын тұйық тізбекті қарастырайық (2 – сурет). Егер тізбектің контактілері әртүрлі температурада ұсталатын болса, тізбекте э.қ.к.

термо э.қ.к. пайда болады. Мысалы, бірінші контактінің температурасы Т₁ , ал екіншісі Т₂ болса, онда тізбектегі э.қ.к. жоғарыда қарастырылған потенциалдар айырымының қосындысына тең болады.

Бұдан

6 – формуладан металдардың контактілерінің температуралары әртүрлі болғанда, температуралар айырымына тура пропорционал болатын термоэлектроқозғаушы күш пайда болатыны көрінеді. Мұндай өзара жалғасқан әртүрлі металл өткізгіштердің системасын термопара – деп атайды.

Термопараның сол қасиеті оның контактілерінің жапсарлары орналасқан екі ортаның температуралар айырымын анықтауға пайдаланылады. Ол үшін термопараны алдын ала градуирлеу қажет. Бұл жұмыстың мақсаты термопараны градуирлеу және белгісіз металдардың қоспасы – құйманың балқу температурасын анықтау.