Emisia termoelectronica si alte fenomene

Emisia termoelectronica si alte fenomene

Unele metale sau combinatii de materiale solide incalzite la temperaturi ridicate emit electroni, care pot fi extrasi din metal devenind liberi si pot inchide un circuit electric in lipsa unui conductor. Pe baza acestui efect se construiesc catozii care stau la baza functionarii tuburilor electronice si a tuburilor catodice.

Densitatea curentului produs de emisia termoelectronica este data de legea lui Richardson:

                     (2.11)

unde A este constanta lui Richardson si depinde de material

E_A este energia de activare reprezentand valoarea necesara a energiei unui electron pentru a parasi materialul si a deveni electron liber. Se mai numeste si lucru de extractie.

Energia de activare este diferenta dintre nivelul energetic de referinta (nivelul 0 pe diagrama din figura) al unui electron extras din material avand energia cinetica zero si nivelul Fermi, E_F, situat in banda de conductie. Energia de activare si constanta lui Richardson pentru citeva metale sunt prezentate in tabelul urmator.

Tabelul 2.4

Cea mai mica energie de activare o are cesiul, dar temperatura sa de topire este foarte redusa si nu se utilizeza in stare pura pentru realizarea catozilor.

Efectul Hall

Efectul Hall consta in aparitia unei tensiuni electrice (tensiune Hall, V_H) intr-un material conductor parcurs de un curent electric si aflat intr-un camp magnetic.

Electronii de conductie care formeaza curentul I vor fi deviati de camul magnetic H prin forta Lorentz pe directia y. Prin urmare, suprafata xz va fi incarcata pozitiv iar fata opusa pe directia y va deveni negativa. Diferenta de potential creata este tensiunea Hall, V_H:

                          (2.12)

unde este costanta Hall, n este concentratia de electroni, q sarcina electronului, A_cs aria in planul xz si d grosimea in directia y.

Efectul termoelectric

Efectul termoelectric consta in aparitia unei diferente de potential intre doua conductoare metalice aflate la temperaturi diferite. Dispozitivele care functioneaza pe baza acestui efect se numesc termocuple.

Tensiune electrica ce apare in cazul unui termocuplu aflat la o diferenta de temperatura DT este:

                         (2.13)

unde K_s este coeficientul Seebeck.

Explicatie fenomenului consta in energia medie diferita a electronilor din cele doua metale, energie exprimata prin nivelul Fermi.

Aplicatiile uzuale ale termocuplelor sunt legate de masurarea temperaturii. Termocuplul consta in doua jonctiuni A-B si B-A dintre doua metale diferite, plasate la temperaturi diferite T_f si T_r:

(2.14)

unde este diferenta coeficientilor Seebeck ai celor doua metale.

Valorile uzuale ale tensiunilor termoelectrice sunt de ordinul mV 100^oC

Opus efectului termoelectric este efectul Peltier, care consta in racirea jonctiunii a doua metale parcurse de un curent electric de un anumit sens. Explicatia fenomenului consta tot in diferenta energiilor medii ale electronilor in cele doua metale. Dispozitivele de racire realizate pe baza acestui efect se numesc termo-electro-coolere (TEC) si se folosesc la controlul temperaturii unor circuite electronice, de exemplu diode laser, amplificatoare de microunde etc.