Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Эттингсхаузена эффект
Возникновение поперечного градиента температуры в проводнике с током, помещенном в магнитное поле

Описание

Термогальваномагнитные явления - явления, связанные с влиянием магнитного поля на электро- и теплопроводность твердых проводников. К таким явлениям относятся Нернста — Эттингсхаузена эффект и Эттингсхаузена эффект. Так же, как и гальваномагнитные явления, термогальваномагнитные явления обусловлены тем, что магнитное поле, искривляя траектории носителей заряда (под действием силы Лоренца), отклоняет текущий по проводнику и связанный с переносом частиц поток теплоты от направления, заданного градиентом температуры . В результате появляются составляющие электрического тока и потока теплоты в направлении, перпендикулярном полю Н, а составляющие вдоль изменяются с изменением Н.
Термогальваномагнитные явления можно классифицировать, рассматривая взаимное расположение векторов: плотности теплового потока и вектора n, параллельного направлению, в котором измеряется явление. Термогальваномагнитные явления в направлении, перпендикулярном или параллельном температурному градиенту, называются соответственно поперечными и продольными.
Эттингсхаузена эффект – возникновение поперечного градиента температуры gradT в проводнике с током, помещенном в магнитное поле Н (рис.1). Открыт в 1886 году А. Эттингсхаузеном.
Эффект Эттингсхаузена
Рис.1.
Эттингсхаузена эффект обусловлен разделением траекторий носителей заряда (переносящих ток j) и Лоренца силой. Сила, действующая на носители заряда в магнитном поле, в среднем компенсируется электрическим полем Холла. Полная компенсация имеет место лишь для носителей заряда, движущихся с некоторой средней скоростью; траектории более быстрых (горячих) носителей заряда отклоняются к одной стороне образца, более медленных (холодных) – к противоположной, что и приводит к возникновению градиента температуры поперек образца. Знак Эттингсхаузена эффекта не зависит от знака носителей.
 

 

 

Ключевые слова

 

Разделы наук

 

Используется в научно-технических эффектах

Циклотронный резонанс (Циклотронный резонанс)

 

Используется в областях техники и экономики

1Ускорители заряженных частиц и плазмы
1Полупроводниковые приборы и микроэлектроника
1Производство материалов для электроники и радиотехники

 

Используются в научно-технических эффектах совместно с данным эффектом естественнонаучные эффекты

1Возникновение поперечного градиента температуры в проводнике с током, помещенном в магнитное поле (Эттингсхаузена эффект)
1Зависимость магнитных свойств вещества от выделенного направления (ориентация поля) (Магнитная анизотропия)
1Вихревые токи в массивных проводниках (Вихревые токи (токи Фуко))
1Возникновение поперечного электрического поля в проводнике или полупроводнике с током при помещении его в магнитное поле (Холла эффект)

 

Применение эффекта

При выводе условия равенства силы Лоренца и силы Холла:
evB = eEH ,
предполагалось, что все электроны имеют одну и ту же скорость. В действительности это соотношение справедливо для некоторой средней скорости v. Более быстрые электроны отклоняются к одной грани и нагревают этот край образца, медленные электроны отклоняются к другой и забирают энергию у решётки , охлаждая эту грань. В результате в проводнике возникает градиент температуры. Этот эффект получил на звание эффекта Эттингаузена. Он используется для понижения темпера туры одной грани проводника (более чем на 1000C ). Это основное применение этого эффекта.

Реализации эффекта

Для реализации эффекта Эттингсхаузена необходимо создать необходимые условия.
Для этого проводник, по которому течет электрический ток (см. рис.1.), необходимо поместить в магнитное поле, перпендикулярное направлению тока. В точках 1 и 2 припаять термопару и измерять изменение температуры. Через некоторое время на гранях установится устойчивый градиент температур.
Схема проведения измерения эффекта Эттингсхаузена.
Рис.1.

 

Сила Лоренца - сила, действующая на заряженную частицу, движущуюся в электромагнитном поле. Формула для силы Лоренца F впервые получена X. А. Лоренцем, обобщившим экспериментальные данные, имеет вид:
, (1)
где е — заряд частицы, Е — напряжённость электрического поля, В — магнитная индукция, v — скорость частицы относительно системы координат, в которой вычисляются величины F, E, В.
Формула (1) справедлива при любых значениях скорости чфстицы; она является важнейшим соотношением электродинамики, т. к. позволяет связать уравнения электромагнитного поля с уравнениями движения заряженных частиц.
Первый член в правой части (1) — сила, действующая на заряженную частицу в электрическом поле, второй — в магнитном. Т. к. магнитная часть силы Лоренца = (vB), то сила, действующая со стороны магнитного поля на частицу, перпендикулярна v и В и, следовательно, не совершает работы, а лишь искривляет траекторию движения частицы, не меняя её энергии. Модуль её в системе единиц Гаусса  равен (e/c)vB sina, где a — угол между векторами v и ш (в системе СИ вместо множителя 1/с  должен быть коэффициент k=1). Т. о., магнитная часть силы Лоренца максимальна при a=90° и равна нулю при a=0.
В вакууме в постоянном однородном магнитном поле (В=Н, где Н — напряжённость магнитного поля) заряженая частица под действием магнитной составляющей силы Лоренца движется по винтовой линии с постоянной по величине скоростью v; при этом её движение складывается из равномерного прямолинейного движения вдоль направления Н (со скоростью v|| — составляющей скорости частицы v в направлении Н) и равномерного вращательного движения в плоскости, перпендикулярной H (со скоростью v^ — составляющей скорости v в направлении, перпендикулярном Н). Проекция траектории движения частицы на плоскость, перпендикулярную Н, есть окружность, а частота вращения w=еН/mс (т. н. циклотронная частота; m — масса). Ось винтовой линии совпадает с направлением Н, и центр окружности перемещается вдоль силовой линии поля со скоростью v^.
Если Е не равно 0, то движение в магнитном поле носит более сложный характер — происходит перемещение центра вращения частицы перпендикулярно полю H, называемое дрейфом. Направление дрейфа определяется вектором (EH) и не зависит от знака заряда. Скорость дрейфа и для простейшего случая скрещённых полей (Е^Н) равна u=сЕ/Н.
Воздействие магнитного поля на движущиеся заряды приводит к перераспределению тока по сечению проводника, что проявляется в различным термомагнитных и гальваномагнитных явлениях в том числе и в эффекте Нернста-Эттингсхаузена.

Литература

1. Блатт Ф. Дж., Теория подвижности электронов в твёрдых телах, пер. с англ., М. — Л., 1963.

2. Цидпльковский И. М., Термомагнитные явления в полупроводниках, М., 1960.

3. Абрикосов А.А. Основы теории металлов. М., "Наука", главная редакция физико-математической литературы. - 1987.

4. Н. Ашкрофт, Н. Мермин. Физика твердого тела.

5. Гасумянц В.Э, Агеев Н.В., Елизарова М.В. // ФТТ, 47, вып. 2, 2005

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина