Термодинамика реальных процессов

Схема соединения пластин

ЭДС ?2 , мкВ

1

Cu – Al – Cu

2

Cu – Ni – Cu

3

Cu – Bi – Cu

4

Cu – Te – Cu

- 0,70

Из табл. 1 видно, что два металла дают либо нулевую, либо сравнительно небольшую ЭДС. Наличие этой ЭДС при двух металлах противоречит теории и объясняется действием паразитного детекторного эффекта. Сопоставление данных табл. 1 и 3 говорит о том, что указанный штатив-эффект сравнительно невелик. Вместе с тем надо полагать, он в большей или меньшей степени присутствует во всех экспериментах.

        Таблица 2.

№

Схема соединения пластин

ЭДС ?3а, мкВ

1

Cu – Ni – Al – Cu

2

Cu – Bi – Al – Cu

3

Cu – Te – Al – Cu

- 0,60

Обращает на себя внимание сильное влияние на величину ЭДС адсорбированных поверхностями металла газов. Эти газы образуют и сильно изменяют термодинамические свойства тех самых тончайших слоев х, в которых разыгрывается интересующая нас картина. В результате газы начинают играть роль проводников 1 на рис. 38, в, и вследствие этого основной металл 2 из рассмотрения выпадает. Это хорошо видно из сравнения табл. 2 и 3, где ЭДС на воздухе существенно ниже, чем в вакууме.

        Таблица 3.

№

Схема соединения пластин

ЭДС ?3 , мкВ

1

Cu – Ni – Al – Cu

+ 0,03

2

Cu – Bi – Al – Cu

+ 0,16

3

Cu – Te – Al – Cu

- 4,15

После нескольких часов вакуумирования адсорбированные газы удаляются, срабатывает основной металл, ЭДС резко возрастает. Поэтому, чтобы избежать влияния газов, в опытах вакуумирование длится не менее двух суток. Согласно теории, симметричное соединение должно исключить из игры те проводники, которые соприкасаются с одноименными материалами. Это косвенно подтверждается характером влияния адсорбированных газов (табл. 2). Более сложные случаи симметричного соединения проводников представлены в табл. 4. Здесь позиции 1 и 2 соответствуют схеме в на рис. 38,

        Таблица 4.

№

Схема соединения пластин

ЭДС, мкВ

1

Cu – Bi – Te – Bi – Al – Cu

?4 = - 3,97

2

Cu – Ni – Te – Ni - Al – Cu

?4 = - 2,17

3

Cu – Ni – Bi – Te – Bi – Ni – Al – Cu

?5 = - 2,99

4

Cu – Ni – Bi – Te – Ni – Al – Bi – Cu

?5 = + 1,71

а позиция 3 - схеме г на том же рисунке. В первых двух позициях из рассмотрения должен выпасть теллур, а в третьей - теллур и висмут. Но опыт не показывает ожидаемого полного выпадения указанных металлов и превращения четырех- и пятизвенной цепей в трехзвенную. Согласно опытным данным, ЭДС цепи, как и положено, несколько снижается по сравнению с ЭДС теллура, но не достигает тех значений, которые в табл. 3 соответствуют трехзвенной цепи для висмута и никеля. Наблюдаемое недостаточно точное следование теории тоже можно объяснить влиянием внешних помех. В этом смысле теллур обладает ярко выраженными детекторными свойствами.

Пять металлов, присутствующих в позиции 3 табл. 4, можно соединить по схеме рис. 38, д. В этом случае все они вносят свой посильный вклад в ЭДС (табл. 4, позиция 4). Отсюда видно, какое большое влияние на ЭДС оказывает конкретное сочетание и чередование проводников в цепи. Аналогичная картина наблюдается при перестановке любых двух металлов; например, соответствующие данные для четырехзвенной цепи приведены в табл. 5.

        Таблица 5.

№

Схема соединения пластин

ЭДС ?4 , мкВ

1

Cu – Bi – Te – Al - Cu

- 2,10

2

Cu – Te – Bi - Al – Cu

- 0,65

Особый интерес представляют цепи, в которых последовательно, соединяются между собой целые блоки проводников (назовем их элементами) типа тех, которые приведены в табл. 3. Например, цепи табл. 6 содержат по два таких элемента. Из таблицы видно, что последовательное соединение двух

        Таблица 6.

№

Схема соединения пластин

ЭДС ?3х2 , мкВ

1

Cu – Ni – Al – Cu – Ni – Al – Cu

+ 0,01

2

Cu – Bi – Al – Cu – Bi – Al – Cu

+ 0,10

3

Cu – Te – Al – Cu – Te – Al – Cu

- 1,90

одинаковых элементов не приводит к двухкратному увеличению ЭДС цепи. Наоборот, фактическая суммарная ЭДС цепи оказывается почти вдвое ниже, чем ЭДС каждого из элементов, входящих в цепь. Это объясняется тем, что контактная ЭДС зависит не только от температуры, но и от потенциала (заряда) (см. уравнение (336)). В результате соседние элементы гасят ЭДС друг друга. Таким образом, нельзя воспользоваться соблазнительной идеей без особых мудростей соединить между собой последовательно и параллельно большое множество - тысячи и миллионы - однотипных элементов и получить таким образом мощный термоэлектрический вечный двигатель второго рода, способный бесплатно питать различные полезные и бесполезные устройства.

Вместе с тем последовательное соединение двух разнородных элементов может иногда даже дать ЭДС, существенно превышающую сумму ЭДС отдельных элементов, входящих в цепь (табл. 7, позиция 1).

Параллельное соединение одинаковых элементов практически не влияет на ЭДС цепи. Результат одного из примеров параллельного соединения разнородных элементов показан в табл. 7, позиция 2.

        Таблица 7.

№

Схема соединения пластин

ЭДС ?3+3 , мкВ

1

Cu – Bi – Al – Cu – Te – Al – Cu

- 10,34

2

Cu – – Al – Cu

+ 0,04