Контактная разность потенциалов. Термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС).

Между двумя различными проводниками (или полупроводниками) при их соприкосновении возникает контактная разность потенциалов. Она обнаружена в конце XVIII в. итальянским физиологом Гальвани и исследована итальянским физиком Д. Вольта. Был выведен вполне определенный ряд металлов (ряд Вольта)

В ряду активности металлов каждый предыдущий металл при соприкосновении с каждым из последующих электризуется положительно. Причина контактной разности потенциалов состоит в том, что число свободных электронов у разных металлов неодинаково или, иначе говоря, она обусловлена разностью значений работы выхода электронов из различных металлов.

В соответствии с электронной теорией металлов контактная разность потенциалов между проводниками А и В (рис.  27) может быть определена как

        Uab = Uв - Uа +   ,              (2.8)

где  и  — потенциалы соприкасающихся металлов; п _0А и п_0В — концентрация электронов в проводниках А и В: k = 1, 38 - 10^-23 Дж/К — постоянная Больцмана; q — абсолютная величина заряда электрона.

Рис. 28. Схема термопары

Наличие контактной разности потенциалов необходимо учитывать при измерении малых токов и напряжений, а также в силовых цепях. В замкнутой цепи из двух различных проводников, имеющей в простейшем случае два спая, контактные разности потенциалов направлены в разные стороны и поэтому при одинаковой температуре спаев суммарная разность потенциалов равна нулю. Однако U_AB зависит от температуры вследствие хотя и очень слабой, но различной температурной зависимости работ выхода q φ _A и q φ _B.

Величина термо-ЭДС металлических термопар пропорциональна разности температур спаев

е =C (T₁ – T₂ )                     (2.9)

где Т₁ — температура горячего спая (контакта); Т₂ — температура холодного спая (контакта); С (мкВ/К) — постоянный для данной пары проводников коэффициент термо -ЭДС, который определяется по формуле

С = lg

Зависимость термо-ЭДС от разности температур спаев не всегда линейна и, следовательно, необходимо корректировать коэффициент С в соответствии со значениями температур Т₁ и Т₂.

Два изолированных проводника, соединенных между собой с помощью пайки или сварки, называются термопарой и применяются для измерения температуры. Для изготовления термопар используются проводники, обладающие большим и стабильным коэффициентом термо-ЭДС. В измерительных приборах и образцовых сопротивлениях стремятся наоборот применять металлы и сплавы с возможно меньшей термо-ЭДС относительно меди, чтобы не внести погрешности в измерения.

Существуют пары, меняющие знак ЭДС в процессе нагревания.