Курс лекций для студентов специальности 1-25 01 09 «Товароведение и экспертиза товаров»

Тепловым расширением называют такое явление, при котором изменяются размеры и формы тела в результате изменения его температуры. У газов оно обусловлено увеличением кинетической энергии частиц при нагревании, у жидкостей и твердых материалов связано
с несимметричностью тепловых колебаний атомов, благодаря чему межатомные расстояния с ростом температуры увеличиваются.
Количественно тепловое расширение материалов характеризуют температурным коэффициентом объемного расширения, а для твердых материалов – и температурным коэффициентом линейного рас-
ширения.
Экспериментально эти коэффициенты определяют методами дилатометрии, изучающей зависимость изменения размеров тел при воздействии внешних факторов, при использовании специальных при-
боров – дилатометров.
Термоэлектрические явления – совокупность физических явлений, обусловленных взаимосвязью между тепловыми и электрически-
ми процессами в металлах и полупроводниках.
Теплопроводность и термоэлектрические явления часто используются для определения электрофизических параметров проводящих материалов.
К термоэлектрическим явлениям относятся следующие: эффект Зеебека, эффект Пельтье, эффект Томсона.
Эффект Зеебека (1821 г.). Если спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру (Т₁ не равно Т₂), то в цепи протекает электрический ток. Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления тока.
В замкнутой цепи для многих пар металлов (например, Сu – Bi,
Ag – Сu, Аu – Сu) электродвижущая сила (ЭДС) прямо пропорциональна разности температур в контактах:
ЭДС = α (Т₁ – Т₂). (11.1)
Указанная ЭДС называется термоэлектродвижущей силой. Причина ее возникновения определяется внутренней контактной разностью потенциалов на границе двух металлов.
Эффект Зеебека используется для измерения температуры с помощью термопар – датчиков температур, состоящих из двух соединенных между собой разнородных металлических проводников.
Эффект Пельтье (1834 г.). При прохождении через контакт двух различных проводников электрического тока в зависимости от его направления помимо джоулевой теплоты выделяется или поглощается дополнительная теплота. Эффект Пельтье является обратным по отношению к эффекту Зеебека и используется в термоэлектрических полупроводниковых холодильниках, созданных впервые в 1954 г. под руководством А. Ф. Иоффе, и в некоторых электронных приборах.
Эффект Томсона (Кельвина) (1856 г.). В более нагретой части проводника электроны имеют большую среднюю энергию, чем в менее нагретой, и, двигаясь в направлении убывания температуры, они отдают часть своей энергии решетке, в результате чего происходит выделение теплоты Томсона. Если же электроны движутся в сторону возрастания температуры, то они, наоборот, пополняют свою энергию за счет энергии решетки, в результате чего происходит поглощение теплоты Томсона в металлах и сплавах.