Термоелементи еттінгсгаузена. 
Загальні відомості

Еттінгсгаузена ефект Виникнення поперечної різниці температур між гранями пластини, яка поміщена в магнітне поле й через яку протікає електричний струм називається ефектом Еттінгсгаузена прямокутної форми рис. 1.1. Це явище також викликане тим, що електрони в кристалі мають неоднакові швидкості. Ті електрони, швидкість яких менше середньої, під дією магнітного поля будуть відхилятися на одну грань зразка: для них сила Лоренца перевищує дію поля Холла. На електрони зі швидкістю менше середньої сильніше буде впливати електричне поле, під дією якого вони будуть відхилятися в протилежну сторону. Швидкі електрони віддають надлишкову енергію кристалічній гратці і ця грань зразка нагрівається; повільні електрони на протилежній грані зразка будуть поповнювати свою енергію за рахунок охолодження гратки й ця грань буде охолоджуватися. У такий спосіб виникає поперечна різниця температур.

Температурний градієнт пропорційний напруженості магнітного поля.

(1.1).

де — коефіцієнт Еттінгсгаузена, By — індукція магнітного поля, jx — густина електричного струму.

Рис. 1.1 Ефект Еттінгсгаузена в прямокутній формі.

Найпростіша модель термоелемента Еттінгсгаузена.

В роботах [1−3] розроблено теорію перетворення енергії в гальваномагнітних охолоджувачах, а також досліджено ефект Еттінгсгаузена в монокристалах BiSb [3].

В роботі [2] розглянуто модель термоелемента, що виготовлений із зразка прямокутної форми, до двох гранів якого приєднані електричні контакти, а магнітне поле однорідне і перпендикулярне струмові. Одна грань термоелемента термостатована. Матеріал зразка в найпростішому випадку однорідний і анізотропний і його властивості не залежать від температури. Довжина зразка настільки велика, що можна знехтувати викривленнями в розподілах температури та струму, що вносяться струмовими електродами. Також припускається, що холодна і бокові грані зразка знаходяться в адіабатичних умовах, вихрові струми в приконтактних областях несуттєві, а тепловий контакт зразка з термостатом ідеальний.

В стаціонарних умовах пониження температури грані є наслідком ефекту Еттінгсгаузена, виділення тепла Джоуля і перенесення тепла за рахунок теплопровідності зразка. Із балансу теплот визначається температура холодної грані.

(1.42).

де, , _ відповідно ізотермічний коефіцієнт Еттінгсгаузена, питомий опір та теплопровідність матеріалу. Із (1.42) слідує, що охолодження залежить від струму через зразок. Максимальне охолодження досягається при оптимальному струмові.

. (1.43).

Максимальна різниця температур

(1.44).

де термомагнітна добротність.

. (1.45).

В роботах [1−3] розроблено теорію перетворення енергії в гальваномагнітних охолоджувачах, а ефект Еттінгсгаузена в монокристалах BiSb досліджено в [4]. В роботі [2] наводяться експериментальні дані, які показують, що найперспективнішим матеріалом для холодильників Еттінгсгаузена є BiSb. В сплавах BiSb найбільше значення Z_HT досягається при температурах біля 140 К.

Модель прямокутного термоелемента Еттінгсгаузена.

В роботі [1] розглянуто модель термоелемента, що виготовлений із зразка прямокутної форми, до двох граней якого приєднані електричні контакти, а магнітне поле однорідне і перпендикулярне струмові рис. 1.1. Одна грань термоелемента термостатована. Матеріал зразка в найпростішому випадку однорідний і анізотропний і його властивості не залежать від температури. Довжина зразка настільки велика, що можна знехтувати викривленнями в розподілах температури та струму, що вносяться струмовими електродами. Також припускається, що холодна і бокові грані зразка знаходяться в адіабатичних умовах, вихрові струми в приконтактних областях несуттєві, а тепловий контакт зразка з термостатом ідеальний.

Каскадування термоелементів Еттінгсгаузена Однією із переваг термоелемента Еттінгсгаузена є можливість їх каскадування шляхом використання термоелемента спеціальної форми [2]. Схема такого термоелемента приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Схема термоелемента Еттінгсгаузена оптимальної форми.

Такий каскад складається із набору прямокутних елементів, розміри яких вибираються таким чином, щоб, розміщуючи їх одне на одному, можна було отримати звичайне каскадне охолодження. При цьому вважається, що тепло, яке генерується кожним елементом, рівномірно розподіляється по холодній грані сусіднього під ним елемента. Якщо розмір термоелементів в напрямку їх довжини однаковий, то при деяких припущеннях до кожного елемента можна прикласти однакову електричну напругу, тобто, всі термоелементи можуть мати спільне джерело живлення. Можна також припустити, що розподіл потенціалів на холодних і гарячих гранях термоелементів приблизно однаковий, тому наявність електричного контакту між термоелементами не приводить до суттєвого викривлення розподілу струму і температури. Отже каскадування зводиться до виготовлення охолоджуючого термоелемента із боковими гранями спеціальної форми.