Samarqand davlat universiteti fizika fakulteti umumiy fizika kafedrasi

Tomson effekti.Agar bir jinsli o’tkazgichda x o’qi bo’ylab temperatura gradiyenti mavjud bo’lsa shu yo’nalish bo’ylab zichligi j bo’lgan tok oqadi va shu tufayli uning har bir birlik hajmida birlik vaqt ichida kattaligi j²/ – bo’lgan Joul issiqligidan tashqari kattaligi quyidagi ifoda bilan aniqlanuvchi qo’shimcha issiqlik ajraladi:
(1)
bu yerda _T – Tomson koeffisiyenti bo’lib u modda turi va uning holatiga bog’liq bo’ladi. Joul issiqligidan farqli ravishda Tomson issiqligi j ning birinchi darajasiga bog’liq bo’ladi va shuning uchun tok yo’nalishi o’zgarganida Tomson issiqligi ham o’z ishorasini o’zgartiradi. Bunda issiqlik yutilishi o’rniga issiqlik ajraladi.
O’tkazgichda temperatura gradiyenti mavjud bo’lganda moddaning issiqlik o’tkazuvchanligi bilan bog’liq bo’lgan issiqlik oqimi mavjud bo’ladi. Bunda x yo’nalishi bo’ylab sirtning birlik yuzasidan birlik vaqt ichida o’tayotgan issiqlik miqdori quyidagiga teng:
(2)
bu yerda ϰ – issiqlik o’tkazuvchanlik koeffisiyenti. Agar bu oqim fazoda ϰ yoki dT/dx larning o’zgarishlari oqibatida o’zgarsa, u holda o’tkazgich hajmida kattaligi quyidagi ifoda bilan aniqlanuvchi issiqlik ajraladi:
(3)
Umumiy holda j va T larning yo’nalishlari mos kelmasa birlik hajmda birlik vaqt ichida generasiyalanayotgan to’la issiqlik miqdori quyidagi formula yordamida aniqlanadi:
(4)
Peltye effekti.
Ikkita turli o’tkazgichlar kontakti orqali elektr toki o’tganda undan issiqlik ajralishiga Peltye effekti deyiladi. Bu effektda issiqlik ajralishi qaytar jarayon bo’lib hisoblanadi. Kontakt birlik yuzasidan birlik vaqt ichida ajralib chiqqan issiqlik miqdori quyidagiga teng:
Q_S=P₁₂j. (5)
Bu yerda j – kontakt orqali o’tayotgan tok zichligi, P₁₂ – kontaklashuvchi o’tkazgichlar tabiatiga bog’liq bo’lgan Peltye koeffisiyenti. 1,2 indekslar tok 1 o’tkazgichdan ikkinchi o’tkazgich tomon oqayapdi deb olinganligini bildiradi. Tok yo’nalishi o’zgarganda teskari effekt, issiqlik yutilishi o’rniga issiqlikning ajralishi kuzatiladi. Demak P₁₂ = – P₂₁ bo’ladi.
Peltye issiqligining ajralishi (yutilishi) sababi turli 1 va 2 o’tkazgichlardagi elektronlarning o’rtacha energiyalari hatto ularning temperaturalari teng bo’lganda ham bir xil emasligidir. Elektronlar bir o’tkazgichdan ikkinchisiga o’tganda birinchidan ularning potensial energiyasi -e o’zgaradi, chunki o’tish chegarasida elektrostatik potensialning sakrab o’zgaradi va shuning uchun ₁  ₂ bo’ladi. Ikkinchidan esa ularning o’rtacha kinetik energiyalari E_k ham o’zgarishi mumkin. Bu holat elektronlar klassik Maksvell-Bolsman taqsimotiga emas, balki kvant Fermi-Dirak taqsimotga bo’ysinishi natijasidir.

1-rasm. Termoeyuk. Kuchlanishning ko’rsatilgan ishorasi musbat zaryadlar uchun va T₂ > T₁.
Uchlar orasidagi temperaturalar farqi kam bo’lagnda termoeyuk kattaligi dV₀ ni quyidagi ko’rinishdagi formula bilan ifodalanadi:
dV₀ = dT. (6)
Bu yerda , ta’rif bo’yicha differensial termoeyukni bildiradi. Agar har ikkala metall elektrodlar va ulash simlari bir xil materialdan tayyorlangan bo’lsa va c va d nuqtalar bir xil temperaturaga ega bo’lsa, u holda  faqat yarimo’tkazgich materialiga bog’liq bo’ladi. Metall elektrodlar va ulash simlari xossalari temperatura ta’sirida o’zgarganligi uchun  ham temperaturaga bog’liq bo’ladi. Metallarda ning qiymati unchalik katta emas va odatda 1÷10 mkV/grad oralig’ida bo’ladi. Yarimo’tkazgichlarda esa u metallarga qaraganda yuzlab va hatto minglab marotaba katta bo’ladi.
Termoelektrik kuchlanish qutbini aniqlab oddiy tarzda harakatchan zaryad tashuvchilar ishorasini aniqlash mumkin. Buning uchun qizdirilgan metall sterjen-“termozond”, masalan oddiy kavsharlagichdan foydalaniladi va uni tadqiq qilinayotgan yarimo’tkazgichga tegiziladi. Millivoltmetrni sterjen va namunaning sovuq tomoni o’rtasiga ulanadi (2 – rasm). Etalon namunada (masalan n tipli yarimo’tkazgichda) millivoltmetr manfiy termoeyukani ko’rsatsa, demak manfiy termoeyukga ega bo’lgan boshqa barcha namunalar n tipli bo’ladi, aksincha musbat termoeyukga ega bo’lganlari esa p tipli yarimo’tkazgichlar bo’ladi.
Uchlar orasidagi temperaturalar farqi kam bo’lagnda termoeyuk kattaligi dV₀ ni quyidagi ko’rinishdagi formula bilan ifodalanadi:
dV₀ = dT. (7)
Bu yerda , ta’rif bo’yicha differensial termoeyukni bildiradi. Agar har ikkala metall elektrodlar va ulash simlari bir xil materialdan tayyorlangan bo’lsa va c va d nuqtalar bir xil temperaturaga ega bo’lsa, u holda  faqat yarimo’tkazgich materialiga bog’liq bo’ladi. Metall elektrodlar va ulash simlari xossalari temperatura ta’sirida o’zgarganligi uchun  ham temperaturaga bog’liq bo’ladi. Metallarda ning qiymati unchalik katta emas va odatda 1÷10 mkV/grad oralig’ida bo’ladi. Yarimo’tkazgichlarda esa u metallarga qaraganda yuzlab va hatto minglab marotaba katta bo’ladi.
Termoelektrik kuchlanish qutbini aniqlab oddiy tarzda harakatchan zaryad tashuvchilar ishorasini aniqlash mumkin. Buning uchun qizdirilgan metall sterjen-“termozond”, masalan oddiy kavsharlagichdan foydalaniladi va uni tadqiq qilinayotgan yarimo’tkazgichga tegiziladi. Millivoltmetrni sterjen va namunaning sovuq tomoni o’rtasiga ulanadi (2 – rasm). Etalon namunada (masalan n tipli yarimo’tkazgichda) millivoltmetr manfiy termoeyukani ko’rsatsa, demak manfiy termoeyukga ega bo’lgan boshqa barcha namunalar n tipli bo’ladi, aksincha musbat termoeyukga ega bo’lganlari esa p tipli yarimo’tkazgichlar bo’ladi.

2 – rasm. Termozond. S – qizdirilgan sterjen, N – yarimo’tkazgich namunasi, M – sovuq metall plastinka. Kuchlanish ishorasi musbat zarralar uchun ko’rsatilgan.