Termoelektr hodisalar

Reja

1. 
   Termoelektrik hodisalar
   
2. 
   Klassik va kvant Xoll effekti
   
3. 
   Yarim o’tkazgich-yarim o’tkazgich kontakti
   
4. 
   O’ta o’tkazuvchanlik va uning kvant mexanik talqini
   
5. 
   Plazma xossalari va qo’lanilishi
   

Termoelektr hodisalar – ketma-ket ulangan turli qattiq oʻtkazgichlardan iborat elektr toki zanjirida elektr va issiqlik jarayonlari orasidagi oʻzaro bogʻlanishga asoslangan fizik hodisalar. Zeyebek, Peltye va Tomson effektlari Termoelektr hodisalar boʻlib, ular asosida bu hodisalarning miqdoriy kattaliklari aniqlanadi. Har xil tarkibli va ulanish nuqtalarida temperatura turlicha boʻlgan ikki oʻtkazgichda elektr yurituvchi kuch (e.yu.k.) — termo e.yu.k. hosil boʻlishini nemis fizigi T.I. Zeyebek 1821-yilda kashf etgan. 1953-yilda termo e.yu.k.ning yana bir manbai — elektronlarning fononlarga ergashish effekti ochildi. Agar qattiq jismda tralar oʻzgarishi yuz bersa, u holda issiq tomondan sovuq tomonga harakat qilayotgan fononlar soni teskari tomonga harakatlanayotganlarga nisbatan koʻproq boʻladi. Natijada fononlar elektronlar bilan toʻqnashib, ularni ham oʻziga ergashtiradi va sovuq tomonda manfiy (issiq tomonda musbat) zaryad toʻplana boshlaydi. Bu jarayon hosil boʻlayotgan potensiallar ayirmasi fononlar harakatini muvozanat holatga keltirguncha davom etadi. Metallarda elektronlar konsentratsiyasi katta va u T ga bogʻliq emas. Elektronlar energiyasi ham T ga bogʻliq emas, shuning uchun metallarda termo e.yu.k. kichik. Yarimoʻtkazgichlarda va ularning qotishmalarida termo e.yu.k. katta qiymatga erishadi. Chunki ularda tok tashuvchilar konsentratsiyasi kichik va u traga bogʻliq boʻladi. Tok tashuvchilar oqimida issiklik muvozanatining buzilishi barcha Termoelektr hodisalarga sabab boʻladi. Barcha termoelektrik koeffitsiyentlarning mutlaq qiymati tok tashuvchilar konsentratsiyasi kamayishi bilan kattalashadi; shuning uchun ular yarimoʻtkazgichlarda metallar va ularning qotishyalaridagiga nisbatan oʻn va, hatto, yuz marta katta boʻladi. Termoelektr hodisalar T larni oʻlchashda va issiklik energiyasini elektr energiyasiga aylantirishda qoʻllaniladi.

1879-yilda amerikalik fizik Edvin Xoll qiziq bir fizik tajriba o‘tkazdi. U yupqa to‘rtburchak oltin plastinani kuchli magnit maydoniga, ushbu magnit maydoni tekisligiga perpendikulyar tarzda joylashtirdi. Keling, x va x’ o‘sha tilla to‘rtburchakning ikkita qarama-qarshi tomonini ifodalasin; y va y‘ esa qolgan yana ikkita qarama-qarshi tomoni bo‘lsin. Olim tilla to‘rtburchakning x va x’ tomonlariga batareykaning qutblarini uladi va tok x yo‘nalishda oqishni boshladi. Shunda Xoll hayrat bilan shuni kuzatdiki, y va y’ tomonlar orasida ham muayyan elektr kuchlanishi yuzaga keldi. Ushbu kuchlanish esa, tokning zichligi va magnit maydoni qiymati B_z ning ko‘paytmasiga proporsional ekan. Ko‘p yillar mobaynida, Xoll effektidan amaliy foydalanish sohasini topish qiyin bo‘ldi. Chunki, bunda hosil bo‘layotgan kuchlanish qiymati juda past edi. Lekin, ushbu effekt, XX-asrning ikkinchi yarmida butun dunyo bo‘ylab son-sanoqsiz sondagi ilmiy tadqiqotlar va tajriba-sinov ishlanmalarida anchayin foydali manba sifatida qo‘llanildi. Aytish joizki, Xoll tomonidan bunday past kuchlanishni kashf qilishi, elektron kashf qilinishidan naq 18-yil avvalroq sodir bo‘lgan edi.

Xoll konstantasi R_H - induksiyalangan elektr maydoni E_y ning, tok zichligi j_x va B_z ko‘paytmasi bilan o‘zaro nisbatiga teng:

y o‘qi bo‘ylab yuzaga keladigan kuchlanish va tok kuchining o‘zaro nisbati xoll qarshiligi deyiladi. Xoll konstantasi ham, xoll qarshiligi ham qaralayotgan moddaning xossasi bo‘ladi. Xoll effekti magnit maydoni va tok tashuvchilarining zichligini o‘lchashda juda ham qo‘l keluvchi muhim fizik effekt bo‘lib chiqdi. Biz ataylab, «tok tashuvchilari» degan jumlani qo‘llamoqdamiz. Chunki, biz bilgan elektr tokini nafaqat elektronlar, balki boshqa turdagi zaryadlangan zarralar ham tashishi mumkin. Masalan, musbat zaryadlangan tok tashuvchilaridan teshiklarni eslash o‘rinli.

Hozirgi kunda Xoll effektidan foydalanib ishlovchi qurilmalar talaygina. Xususan, magnit maydonini yoki suyuqlik oqimlarini qayd qiluvchi datchiklari, bosim datchiklari, hamda, avtomobilni o‘t oldirish taqsimlagichlari shular jumlasidandir. 1980-yilda nemis fizigi Klaus fon Klitsing kvant miqyosidagi Xoll effektini ham kashf qildi. Aniqlanishicha, kuchli magnit maydoni va past haroratlarda, xoll qarshiligining magnit maydoni bilan bog‘liqlik grafigida sakrashlar kuzatilar ekan.