D. K. S. Makdonald. Termoelektrik hodisalar negiziga kirish

4.1.2. S_е va S_glarni qo’shilishi.

Hozirgacha biz termoEYuKning tarkibini, ya’ni u elektron diffuziyadan yoki sudralishdan kelib chiqishini, turli xil tarqalish mexanizmlarini hisobga olgan holda muhokama qildik.

114-bet.

Ammo sudralish S_g va elektron diffuziya termoelektrik komponentlari S_e birgalikda mavjud bo'lganda vaziyat nima bo'ladi? Birinchi taxminga ko'ra, shunday ko'rinadi, keyin ikkita termoelektrik hissani to'g'ridan-to'g'ri qo'shishimiz kerak, ya'ni:

S=S_e+S_g,

Bu erda S_e va S_g bir-biridan mustaqil ravishda hisoblangan. Bu fizik jihatdan fononlardan o'tkazuvchanlik elektronlariga yo'naltirilgan impuls o'tishi (Sg ni keltirib chiqaradigan) "diffuziya" komponenti S_e uchun birinchi navbatda mas'ul bo'lgan elektron o'ziga xos issiqlikdan mustaqil deb hisoblanadi va unga ta'sir qilmaydi.

Shunday qilib, biz bu erda termoelektr quvvati termoelektrning alohida manbalari nuqtai nazaridan keng (ya'ni oddiy qo'shimcha) ekanligini aytishimiz mumkin, lekin odatda ma'lum bir termoelektrik manba uchun to'lqinlanish nuqtai nazaridan intensivdir. Shunday qilib, bu erda termoEYuK alohida termoelektr manbalari nuqtai nazaridan keng ma’noda (ya'ni oddiy aralashma) ekanligini aytishimiz mumkin, lekin odatda ma'lum bir termoelektrik manba uchun tarqalish nuqtai nazaridan intensivdir.

4.1.3. Ikkizonalik model.

37-rasmdagi vaziyatni ko’rib chiqamiz.

Faqat o'tkazgich (a) bo'ylab hosil bo'lgan ochiq zanjir kontaktlarida yuzaga keladigan potentsiallar farqi quyidagicha ifodalanadi:

∆V_a=S_a∆T (86a)

va shunga o’xshash:

∆V_b=S_b∆T (86b)

(b) o’tkazgich uchun yolg'iz harakat qiladi. Oddiy elektron nazariyasidan kelib chiqadiki,

37-rasm. Parallel o'tkazgichlar uchun termoEYuKlarning kombinatsiyasi ko'rsatilgan (ikki tarmoqli modelga ham tegishli).

115-bet.

ikkita o'tkazgich tomonidan parallel ravishda hosil bo'lgan ochiq tutashuv kuchlanishi quyidagicha ifodalanadi:


(87)

(bu zanjir teoremasi ba'zan "narvon" teoremasi deb ham ataladi). Demak, S=∆V/∆T birikmasining umumiy termoEYuK quyidagicha ifodalanadi:

, (88)

yoki, umuman olganda:

. (89)

Keyin biz ushbu natijalarni ikkita mustaqil zaryad tashuvchilar guruhiga ega bo'lgan a va b o'tkazuvchanliklari mos ravishda σ_a va σ_b bo'lgan bitta o'tkazgich holatiga qo'llashimiz mumkin va har bir guruh o'z-o'zidan harakat qilsa, mos ravishda S_a va S_b termoEYuKga hissa qo'shadi. Ikki guruh tashuvchilar tomonidan mustaqil o'tkazuvchanlik sharti qat'iy ta'minlanar ekan, 88 va 89-tenglamalarning natijasi juda umumiy bo'lishi va termoEYuKni ishlab chiqarishning har qanday o'ziga xos mexanizmidan mutlaqo mustaqil bo'lishi kerak. 88- tenglama ilgari turli mualliflar tomonidan (Sendxaymer 1948, Chambers 1952, Uilson 1953) turli darajadagi umumiylik bilan olingan.

88-tenglama ikkita aniq amaliy qo'llanadigan o'tkazuvchanlikka hissa qo'shadigan ikki yoki undan ortiq tarmoqli yarim o'tkazgichga va ko'p valentli metallarga (va ayniqsa, o'tish metallariga) tegishli. Yarimo'tkazgichda, yuqorida aytib o'tilganidek, odatiy holatda yuqorida, deyarli bo'sh, o'tkazuvchanlik zonasida elektron o'tkazuvchanlikni va pastki, deyarli to'liq valentlik zonasida teshik o'tkazuvchanligini topishdir. Kiritmalar kontsentratsiyasi etarli bo'lsa, to'g'ridan-to'g'ri aralashmalar bilan bog'liq bo'lgan energiya holatlari guruhining hissasi ham bo'lishi mumkin - bu holda "kiritma bandi" haqida gapiriladi.

116-bet.

To'g'ri taxmin qilish va 88-tenglama haqiqiy qo'llanilishi uchun yarimo'tkazgichdagi elektronlar va teshiklarni bir-biridan mustaqil deb hisoblash mumkin. Agar har bir tarmoqda bir-biriga o'xshash kattalikdagi S_a va S_b termoEYuKlarini (ehtimol, qarama-qarshi ishorali) va taqqoslanadigan o'tkazuvchanlik σ_a va σ_b hissa qo'shgan bo'lsa, unda ikkita hissani juda ehtiyotkorlik bilan hisobga olishimiz kerak. Boshqa tomondan, tez-tez ko'rinib turganidek, bir banddagi harakatchanlik (demak, elektr o'tkazuvchanligi) boshqasiga qaraganda ancha past bo’lsa, ushbu zonaning umumiy S ga qo'shgan hissasini e'tiborsiz qoldirishimiz mumkin.
Yuqorida o'tish metallari deb ataladigan vaziyatni eslatib o'tdik. Bunday holda, qisman to'ldirilgan d-zonadagi holatlarning elektron zichligi ancha yuqori bo'lishi mumkin, bu esa yuqori elektron o'ziga xos issiqlikni keltirib chiqaradi, shuning uchun d-zonaning o'zidan nisbatan katta diffuziya termoEYuKni kutishimiz mumkin (ya'ni, faqat d-zonaga mos keladigan S_a, s-zonaga mos keladigan S_b dan biroz kattaroq bo'lishi mumkin). Boshqa tomondan, odatda, d-zonadagi elektronlarning harakatchanligi s-zonadagiga qaraganda ancha past bo'ladi va shuning uchun σ_a σ_b dan ancha kam bo'ladi, bu holat d-zonaning umumiy termoEYuKga sof hissasini sezilarli darajada kamaytiradi. Yozuvchi uzoq vaqt oldin o'tish metallarining termoelektrik xususiyatlarini, s- va d-zonadagi elektronlarning xarakterini va bu holatlardagi elektronlarning tarqalishini batafsilroq o'rganishni taklif qilgan edi, hozirgi kunga kelib bu sohaga qiziqishlar ortib bormoqda, xususan, ushbu metallarni to'liqroq tushunishga metallurglar va umuman metall bilan shug’ullanuvchi fiziklarning izlanuvchanligi juda foydali rol o'ynaydi (yana Van Vlekka qarang, 1959).