ЗАКОН ВОЛЬТА. ТЕРМОЭЛЕМЕНТЫ
Допустим, что имеется система из нескольких разнородных проводников, составляющих замкнутую цепь (рис. II 1.36, а). Если проводники — металлы (при их соприкосновении в системе не происходит химических изменений) и если температура в пределах системы везде одинаковая, то соблюдается закон Вольта: в замкнутой цепи из неизменяющихся проводников при одинаковой в цепи температуре контактные разности потенциалов не могут вызывать электрического тока; в разомкнутой цепи (рис. III.36, б) разность потенциалов между конечными проводниками определяется только веществом этих проводников и не зависит от вещества промежуточных тел (она будет точно такой же, как и при соприкосновении одних только крайних проводников).
Рис. III.36
Закон Вольта является следствием (или подтверждением) закона сохранения энергии: если бы в замкнутой цепи абсолютно неизменяющихся проводников возникал электрический ток, то можно было бы от такой системы получить неограниченное количество электрической энергии без затраты других видов энергии. Закон Вольта можно получить и из формулы (2.33). Сложим контактные разности потенциалов, возникающие между каждой парой соприкасающихся металлов:
После сложения и сокращений получаем такой же результат, какой имелся бы при контакте только крайних проводников:
В частности, если крайние проводники совершенно одинаковые, то
Следовательно, если такую цепь из разнородных металлов замкнуть, то сумма контактных разностей потенциалов будет равна нулю и в такой цепи электрического тока не будет.
В этих рассуждениях существенно постоянство температуры в системе. При наличии разностей температур в замкнутой цепи возникает электрический ток. Рассмотрим систему из двух различных металлов 1 и 2, контакты (спаи) между которыми находятся при различных температурах (рис. III.37). Тогда разность потенциалов
возникающая в месте контакта с температурой
будет отличаться от разности потенциалов
в контакте с температурой
Если для простоты предположить, что работы выхода
и плотности электронов
не изменяются с температурой, то суммарная разность потенциалов между точками
(при разомкнутой цепи) равна:
Эта разность потенциалов является электродвижущей силой; ее называют термоэлектродвижущей силой, а систему, изображенную на рис. 111.37, — термоэлементом.
Рис. III.37
Очевидно, если для данных двух металлов известна постоянная а термоэлектродвижущей силы
то, измеряя
и зная температуру одного из спаев, например
можно опрёделить температуру
среды, в которой находится другой спай. Этим пользуются для измерения очень высоких и очень низких температур, а также для измерения температур в тех местах, где нельзя использовать обычные ртутные термометры. Величина а измеряется стотысячными долями вольта на один градус разности температур. Например, для термоэлемента из железа и константана
для различных интервалов температур а не остается постоянной. Заметим также, что измерение а позволяет найти отношение плотностей электронного газа в контактирующих металлах, так как