§ 277. Распределение зарядов в неравномерно нагретом теле

Рассмотрим стержень, вдоль которого падает температура. Разные участки этого стержня будут находиться в разных условиях, и это скажется на поведении свободных электрических зарядов. Там, где температура выше, заряды будут обладать большей энергией; кроме того, и число свободных зарядов может возрасти, если имеется возможность перехода электронов из заполненной зоны в зону проводимости. Обе эти причины приведут к тому, что начнется диффузия свободных зарядов, которая будет происходить до тех пор, пока не создастся противополе, уравновешивающее тенденцию к равномерному распределению. Вдоль етержря возникнет падение потенциала; на одном конце стержня образуется отрицательный, на другом — положительный заряд. Падение электрического потенциала с температурой будет характерным для каждого тела. Быстроту падения потенциала можно описывать производной потенциала по температуре

Если на концах стержня поддерживается неизменная разность температур, то это значит, что через него непрерывно передается тепло. Тепло передается свободными зарядами, однако ток в незамкнутом проводнике существовать не может. Непрерывный перенос энергии без переноса заряда обеспечивается разной скоростью движения зарядов, идущих от горячего конца к холодному, при одинаковом числе зарядов, проходящих в обе стороны через сечение в единицу времени. Если носителями тока являются электроны, то их избыточная концентрация имеет место на холодном конце стержня. Если носителями тока являются положительные частицы или дырки, то на холодном конце соберется положительный заряд. Знак возникающей разности потенциалов будет, таким образом, разным в зависимости от знака переносчиков тока.

Будет ли существовать описанный эффект в том случае, если речь идет о полупроводнике, и притом таком полупроводнике, у которого ток переносится и дырками и электронами? Такая двусторонняя диффузия действительно может свести разность потенциалов неравномерно нагретого тела к нулю. Однако разности потенциалов, образованные носителями тока обоих знаков, могут и не скомпенсироваться. Это может произойти благодаря разной подвижности электронов и дырок, а также различия в их концентрациях.

Наблюдение разности потенциалов в неравномерно нагретом проводнике представляет некоторые сложности. Порядок величины возникающего падения потенциала — это В на градус. Разумеется, нельзя обнаружить явление изготовив замкнутый проводник в надежде измерить электрический ток. Действительно, такой замкнутый проводник мы всегда можем мысленно разбить на две половины: в первой происходит падение потенциала, а во второй — возрастание. В однородном проводнике эти величины будут строго равны и результирующую э. д. с. обнаружить нельзя.