Рис.9.3
Явище Зеєбека полягає в тому, що в замкненому електричному колі, яке складається з двох різних металів (рис.9.3), виникає термо-ЕРС, якщо спаї мають різну температуру.
Два метали називаються термопарою, а струм, добутий таким чином, – термоелектричним.
Термоелектрорушійна сила (термо-ЕРС) буває контактною і об’ємною. Розглянемо два випадки.
1. Два провідники різного роду приведені в контакт. В місці контакту рівновага електронів порушується внаслідок різниці потенціалів провідника.
Для частини електронів є енергетично вигідним перейти з одного провідника в інший. Вони залишаються в другому провіднику поблизу контакту під дією не скомпенсованого заряду другого провідника.
На контакті утворюється подвійний електронний шар, який можна розглядати як плоский конденсатор атомарної товщини. Процес продовжується поки електричне поле подвійного шару не збільшиться до такої величини, що буде перешкоджати подальшому переходу електронів.
Падіння напруги в даному подвійному шарі називається контактною різницею потенціалів. Контактна різниця потенціалів залежить від температури контакту Т.
Рис. 9.4
В термопарі виникає дві контактні термо-ЕРС 
на гарячому і холодному спаї. При обході кола термопари за годинниковою стрілкою повний приріст потенціалу на спаях чисельно дорівнює
.
Ця величина називається контактною складовою термо-ЕРС. Вона обумовлена температурною залежністю контактної різниці потенціалів.
2. Якщо провідник нагрітий нерівномірно по довжині, то рівновага електронів в об’ємі порушується і електрони перетікають з одних ділянок провідника в інші. В провіднику з’явиться деякий розподіл зарядів, які створюють електричне поле. Цей процес продовжується до тих пір, поки поле не стане перешкоджати подальшому перерозподілу електронів.
Напруженість поля Е стане пропорційна градієнту температури провідника:
,
де β – коефіцієнт пропорційності, який залежить від роду провідника.
Якщо про інтегрувати вираз для напруженості поля по довжині, отримаємо різницю потенціалів.
.
У випадку термопари виникає дві так різниці потенціалів:
,
.
Рис. 9.5
Відповідно, при обході кола термопари за годинниковою стрілкою приріст об’ємної складової потенціалу:
,
.
εоб – об’ємна складова термо-ЕРС. Як правило, на гарячому кінці провідника середня енергія і концентрація електронів провідності більша, ніж на холодному кінці. Тому струм потече від гарячого кінця до холодного, на холодному кінці виникає нестача електронів, а на гарячому – надлишок.
Повна термо-ЕРС – це алгебраїчна сума контактної та об’ємної складової термо-ЕРС, при обході за годинниковою стрілкою кола термопари
.
9.4. Явище Пильтьє
Явище Пильтьє полягає в тому, що якщо через термопару, спаї якої мають однакову температуру, від зовнішнього джерела пропускати електричний струм, то температура одного спаю буде збільшуватися, а температура іншого – зменшуватися.
Лекція 10
