Термомагнитные эффекты

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3
1. Термомагнитный эффект 4
2. Эффект Эттингсгаузена 5
3. Эффект Нернста – Эттингсгаузена 6
4. Эффект Риги – Ледюка 8
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 10
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 11

ВВЕДЕНИЕ

Термомагнитные явления – совокупность явлений, возникающих под действием магнитного поля в проводниках, внутри которых имеется тепловой поток.
При поперечном намагничивании проводника возникает следующие термомагнитные явления:
в направлении перпендикулярном градиенту температур и направлению магнитного поля возникает градиент температур (эффект Риге-Ледюка);
при продольном намагничивании образца изменяется сопротивление, термо - ЭДС, теплопроводность (появляется тепловой поток).
В работе будет рассмотрено определение термомагнитного эффента, виды эффектов, а также их причины и следствия.
Термомагнитный эффект
Термомагнитный эффект – состоит в том, что в проводнике с перепадом температуры, помещенном в постоянное магнитное поле Н, перпендикулярное тепловому потоку, возникает вторичная разность температур в направлении, перпендикулярном тепловому потоку и полю Н.
Открыт итальянцем А. Риги и французом С. Ледюком в 1887 г. Количественной характеристикой термомагнитного эффекта является коэффициент ARL , зависящий от типа носителей: для электронов ARL < 0, для дырок ARL > 0.
ARL=∂T∂yH∙∂T∂x ,где:
∂T∂y – градиент, возникающий при приложении поля Н;
∂T∂x – начальный градиент температуры.
Используется в устройстве для измерения ЭДС поперечного эффекта Кернота-Эттингсгаузена в полупроводниковых материалах, содержащее нагреватель, холодильник и термопары-зонды, отличающиеся тем, что с целью исключения неизотермической части ЭДС Нернота-Эттингсгаузена, уменьшения тепловых потерь и исключения циркуляционных токов на контакте полупроводникизмерительные зонды, термопары-зонды подведены к поверхности исследуемого образца через массивные металлические блоки холодильника и нагревателя, находящиеся в хорошем тепловом контакте с образцом, электрически изолированные от последнего.
В этом авторском свидетельстве физический эффект не применен для решения задач. Оно просто демонстрирует, что использование эффектов требует как их знания, так и решения сложных электрических задач.
К термогальваномагнитным эффектам относятся:
эффект Эттингсгаузена;
эффект Нернста – Эттингсгаузена;
эффект Риги – Ледюка;
фототермомагнитный эффект.
Электронный фототермомагнитный эффект – появление ЭДС в однородном проводнике (полупроводнике или металле), помещенном в магнитном поле, обусловленное поглощением электромагнитного получения свободными носителями заряда. Магнитное поле должно быть перпендикулярно потоку излучения. Этот эффект применяется в высокочувствительных 10-13Вт, сек 1/2 приемниках длинноволнового инфракрасного излучения. Постоянная времени эффекта – 10-7сек.
Рис. 1. Гальвно- и термомагнитные явления
эффект ЭттингсгаузенаЭффект Эттингсгаузена – эффект возникновения градиента температур в находящемся в магнитном поле проводнике, через который течет ток. Если ток течет вдоль оси x, а магнитное поле направлено вдоль y, то градиент температур будет возникать вдоль z.
Краткое объяснение эффекта заключается в следующем. В среднем действие силы Лоренца и поля Холла компенсируют друг друга, однако, вследствие разброса скоростей носителей заряда, отклонение «более горячих» и «более холодных» происходит по-разному – они отклоняются к противоположным граням проводника.
Электроны, сталкиваясь с решёткой, приходят с ней в термодинамическое равновесие. Если они при этом отдают энергию, то проводник нагревается; если они отбирают энергию у решетки, то проводник охлаждается, в результате чего возникает градиент температуры в направлении, перпендикулярном полю B и току j. Характеристикой данного эффекта служит коэффициент Эттингсгаузена AE (P):
∇zTE=AEByjx .Эффект Эттингсгаузена может быть только адиабатическим. Поскольку поле Холла зависит от скорости движения носителей зарядов, то в полупроводниках эффект сильнее на несколько порядков, чем в металлах.
Значительной величины достигает эффект, когда вместо поля Холла используется сила Лоренца в переменном магнитном поле.
Эффект Нернста – ЭттингсгаузенаЭффект Нернста-Эттингсгаузена, или поперечный эффект Нернста-Эт- тинсгаузена, – термомагнитный эффект, наблюдаемый при помещении полупроводника, в котором имеется градиент температуры, в магнитное поле. Суть эффекта состоит в том, что в полупроводнике появляется электрическое поле E, перпендикулярное к вектору градиента температур ∇T и вектору магнитной индукции B, то есть в направлении вектора ∇T,B. Если градиент температуры направлен вдоль оси X, а магнитная индукция –вдоль Z, то электрическое поле параллельно вдоль оси Y. Поэтому между точками a и b возникает разность электрических потенциалов u. Величину напряжённости электрического поля Ey можно выразить формулой:
Ey=ud=qBz∂T∂x ,где q (Q) – так называемая постоянная Нернста – Эттингсгаузена, которая зависит от свойств полупроводника и принимает как положительные, так и отрицательные значения. Например, в германии с удельным сопротивлением ~ 1 Ом/см при комнатной температуре, при B˜103 Гс и dT / dx˜102 К/см наблюдается электрическое поле Ey˜10−2 В/см. Значения постоянной q, а следовательно, и Ey сильно зависят от температуры образца и от магнитного поля, и при изменении этих величин могут даже изменять знак. Поперечный эффект Нернста – Эттингсгаузена возникает по той же причине, что и эффект Холла, то есть в результате отклонения потока заряженных частиц силой Лоренца. Различие, однако, заключается в том, что при эффекте Холла направленный поток частиц возникает в результате их дрейфа в электрическом поле, а в данном случае – в результате диффузии. Существенным отличием является также тот факт, что в отличие от постоянной Холла знак  q не зависит от знака носителей заряда. Действительно, при дрейфе в электрическом поле изменение знака заряда приводит к изменению направления дрейфа, что и даёт изменение знака поля Холла. В данном же случае поток диффузии всегда направлен от нагретого конца образца к холодному, независимо от знака заряда частиц (рис. 2). Поэтому направления силы Лоренца для положительных и отрицательных частиц взаимно противоположны, однако направление потоков электрического заряда в обоих случаях одно и то же.
Рис. 2. Эффект Нернста – ЭттингсгаузенаЭффект Риги – ЛедюкаЭффект Риги – Ледюка – термомагнитный эффект, состоящий в том, что при помещении проводника с градиентом температур в постоянное магнитное поле, перпендикулярное тепловому потоку, возникает вторичная разность температур, перпендикулярная магнитному полю и тепловому потоку.
Этот эффект, как и другие термомагнитные явления, обусловлен тем, что траектории носителей заряда в магнитном поле искривляются под действием силы Лоренца. Диффундирующие носители заряда переносят с собой теплоту (теплопроводность). В отсутствие магнитного поля поток теплоты направлен от горячего конца образца к холодному. При включении магнитного поля поток диффузии отклоняется силой Лоренца на некоторый угол, и возникает поперечный градиент температуры. Количественной характеристикой эффекта служит постоянная Риги – Ледюка S, характеризующая свойства данного вещества. При этом:
∇yT=SBz∇xT.Согласно простейшим представлениям
S=erm*c ,где:
τ – время свободного пробега носителей; 
e – их заряд; 
m* – эффективная масса.
Так как направление силы Лоренца при данном направлении диффузии зависит от знака носителей заряда, то знак S будет различным для носителей разного знака. Для электронов S > 0, для дырок S < 0.
Существует приближенное соотношение между S и постоянной Холла R:
S=σR ,где:
σ – удельная электропроводность.
Все три эффекта имеют коэффициенты, которые определяются свойствами металлов. Коэффициенты P, S, Q указаны в приведенной ниже таблице для различных металлов.
Таблица 1
Коэффициенты термомагнитных эффектов

Заключение
Исходя из рассмотренного материала можно сделать выводы о проделанной работе:
было рассмотрено понятие термомагнитного эффекта;
рассмотрен фототермомагнитный эффект;
эффект Эттингсгаузена;
эффект Нернста – Эттингсгаузена;
эффект Риги – Ледюка;
приведены основные коэффициенты термомагнитных эффектов, в зависимости от металла.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
Ерухимов, Л.М. и Л.М. Каган, Тепловая и термомагнитные неустойчивостинеэлектростатической плазмы в слабонеоднородном электрическом поле. 1, Препринт №310, Горький: НИРФИ, 2015, 18 стр.
Козлов В.А., Коршак А.Н. "Влияние междолинного рассеяния носителей на продольную магнитопроводимость многодолинных материалов" // ФГТ 2016 т.34 N3 с.941-947.
Аскеров Б.М. Теория явлений переноса в полупроводниках. Баку, 1963.
Аскеров Б.М. Кинетические эффекты в полупроводниках. Л.: Наука, 1970.