- Năm 1821, nhà vật lí Thomas Johann Seebeck (1770-1831) đã phát hiện ra hiện tượng nhiệt điện (hiệu ứng Seebeck). Ở cùng một nhiệt độ, một mạch kín gồm hai kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau, trong mạch không có dòng điện. Nếu nhiệt độ ở hai mối hàn khác nhau sẽ có dòng điện chạy trong mạch. Độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối hàn càng lớn thì dòng điện càng lớn. Dòng điện này được gọi là dòng nhiệt điện, suất điện động tạo nên dòng nhiệt điện gọi là suất điện động nhiệt điện. Mạch kín nói trên được gọi là cặp nhiệt điện.
Hình 2.8 Seebeck (1770-1831) Hình 2.9 Thí nghiệm về dòng nhiệt điện
Thí nghiệm như trên hình 2.9 khi hơ nóng đầu mối hàn A của hai đoạn dây làm bằng hai kim loại khác nhau (Ví dụ đồng và constantan) ta thấy có dòng điện chạy trong mạch, độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối hàn A và B tăng thì cường độ dòng điện tăng. Dòng điện này gọi là dòng nhiệt điện và suất điện động tạo nên dòng nhiệt điện trong mạch gọi là suất điện động nhiệt điện. Dụng cụ có cấu tạo như trên gọi là cặp nhiệt điện
Vậy hiện tượng tạo thành suất điện động nhiệt điện trong một mạch kín gồm hai vật dẫn khác nhau khi giữ hai mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau là hiện tượng nhiệt điện - Nguyên nhân của hiện tượng Seebeck được trình bày như sau. Giả sử ở mạch kín gồm hai kim loại khác nhau A và B, hai mối hàn có nhiệt độ bằng nhau thì tổng các hiệu điện thế tiếp xúc trong của hai mối hàn sẽ bằng không. Nếu nhiệt độ mối hàn là T1 = T và nhiệt độ của mối hàn kia là T2 = T + T và xem mật độ electron tự do n1, n2 của hai kim loại không phụ thuộc nhiệt độ thì tổng hiệu điện thế tiếp xúc ở hai mối hàn sẽ khác không. Sự xuất hiện hiệu điện thế tiếp xúc là do sự khuếch tán của electron ở mối hàn nóng lớn hơn ở mối hàn lạnh, dẫn đến hiệu điện thế tiếp xúc ở mối hàn nóng lớn hơn.
Ngoài ra còn nguyên nhân thứ hai là: khi giữ cho hai mối hàn có nhiệt độ khác nhau thì năng lượng của electron ở đầu nóng của thanh kim loại cao hơn ở đầu lạnh, khi đó ta có môi trường dẫn điện không đồng nhất nên vận tốc chuyển động nhiệt ở đầu nóng lớn hơn đầu lạnh (các hạt tải điện ở nơi có nhiệt độ cao sẽ dịch chuyển về nơi có nhiệt độ thấp) vì thế dòng khuếch tán đi từ đầu nóng đến đầu lạnh lớn hơn dòng khuếch tán ngược lại. Kết quả là đầu nóng tích điện dương còn đầu lạnh tích điện âm. Trong kim loại các vùng điện tích không gian xuất hiện tạo nên điện trường (dưới tác dụng của điện trường các hạt tải điện sẽ chuyển động có hướng tạo thành dòng điện)
Thí nghiệm chứng tỏ suất điện động toàn phần tỉ lệ với hiệu nhiệt độ T
nđ
U = T(T2 – T1)
Hệ số nhiệt điện động T(V/độ) phụ thuộc vào vật liệu làm cặp nhiệt điện.
Cặp kim loại T(V/độ)
Platin-Platin pha rôđi 6,5
Sắt-Đồng 8,6
Sắt-Niken 32,4
Đồng-Constantan 40
Sắt-Constantan 50,4
Bảng 2.11 Bảng một số giá trị của hệ số nhiệt điện động với một số cặp kim loại