Эффект Зеебека – возникновение ЭДС (термоэдс) в электрическом контуре, состоящем из двух проводников А и В, контакты между которыми поддерживаются при разных температурах Т₁ и Т₂. Окрыт в 1821 году Т. И. Зеебеком. Эффект Зеебека используется для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую (термоэлектрогенераторы) и в термометрии.

Если цепь, сотстоящая из обычных проводников, изображенная на рис.1 разомкнута, то в ней j=0 и в результате интегрирования соотношения (1) вдоль цепи получаем ЭДС

Где S(T)=b(T)/σ(T) – коэффициент Зеебека.

Термоэлектрические эффекты в сверхпроводниках начали изучаться еще в 40х годах ХХ века. При этом на первом этапе был сделан вывод о полном исчезновении всех термоэлектрических эффектов в сверхпроводящем состоянии. Если взять два металла в сверхпроводящем состоянии, охлажденными ниже их критических температур Т_с1 и Т_с2, то ни ЭДС для разомкнутой цепи, ни тока в случае замкнутой цепи обнаружить в прошлом не удавалось.

Тем не менее, термоэлектрические эффекты в сверхпроводниках отнюдь не исчезают, и, в принципе могут наблюдаться. Это обстоятельство было отмечено на основе двухжидкостной модели сверхпроводников, согласно которой полная плотность тока в сверхпроводнике:

Является суммой двух величин, причем j_s и j_n – соответственно плотности сверхпроводящего и нормального тока. При наличии градиента температуры нормальный ток, вообще говоря, отличен от нуля, но может компенсироваться сверхпроводящем током. Однако полная компенсация ( так что суммарный ток j=0) имеет место лишь в простейшей ситуации, например, в однородном и изотропном сверхпроводнике. В случае же изотропного, но неоднородного сверхпроводника или однородного, но анизотропного суммарный ток вообще говоря отличен от нуля.

Нормальный ток обусловленный градиентом температуры определяется:

Для однородного изотропного проводника j=0 и

Если проводник анизотропный или неоднородный, то суммарный ток отличено от нуля. Ток в сверхпроводящем состоянии I_s на несколько порядков слабее тока в нормальном состоянии I_n. Если речь идет о контуре с проволокой диаметром d то

Где δ – глубина проникновения магнитного поля в сверхпроводник.

В настоящее время появление тока в полностью сверхпроводящей цепи ( состоящей из разных сверхпроводников и при наличии разности температур) можно считать установленной экспериментально. Хоть термоток в сверхпроводящей цепи, как правило, мал, по сравнению с током в нормальном контуре, он вполне может быть измерен с помощью современной аппаратуры (сверхпроводящие квантовый интерферометры и тд).

 

 

 

Поскольку термо-ЭДС определяется свойствами обеих ветвей термопары, одна ветвь должна быть из некоего «опорного» материала, для которого известна «удельная» термо-ЭДС (термо-ЭДС на один градус разности температур). Если одна ветвь термопары находится в сверхпроводящем состоянии, то ее удельная термо-ЭДС равна нулю и термо-ЭДС термопары определяется величиной удельной термо-ЭДС другой ветви. Таким образом, сверхпроводник – идеальный «опорный» материал для измерения удельной термо-ЭДС неизвестных материалов. До 1986 самая высокая температура, при которой металл можно было поддерживать в сверхпроводящем состоянии, составляла лишь 10 К (-263° C). В настоящее время сверхпроводники можно использовать приблизительно до 100 К (-173° C).

Рассмотрим неоднородный изотропный сверх проводник в виде некоторого полностью сверхпроводящего контура из двух металлов(рис.2).

 Контур С расположен в толще сверхпроводников. Ток I_s течет по внутренней поверхности цепи.

Эффект можно значительно усилить, если вместо одиночного термоэлектрического контура использовать использовать термоэлектрическую батарею (рис.3).

Ток в цепи возрастает в m раз по сравнению с одиночным контуром.