Согласно второму закону Вольта, в замкнутой цепи, состоящей из нескольких металлов, находящихся при одинаковой температуре, э.д.с. не возникает, т.е. не происходит возбуждения электрического тока. Однако если температура контактов не одинакова, то в цепи возникнет электрический ток, называемый термоэлектрическим. Совокупность физических явлений, обусловленные взаимосвязью между тепловыми и электрическими явлениями в твердом проводнике, называют термоэлектрическими явлениями. Явление возбуждения термоэлектрического тока (явление Зеебека), а также тесно связанные с ним явления Пельте и Томсона относятся к термоэлектрическим. Немецкий физик Т. Зеебек (1770 – 1831) обнаружил, что в замкнутой цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми имеют различную температуру, возникает электрический ток. Это явление получило название явления Зеебека. Рассмотрим замкнутую цепь, состоящую из двух металлических проводников с температурами спаев  (контакт А) и  (контакт В), (рис. 27.1). (27.1) Используя (26.4) получаем Подставим два последних выражения в (27.1) или (27.2)

рис 27.1

Таким образом, в замкнутой цепи появляется э.д.с., которая как видно из (27.2) прямо пропорциональна разности температур в контактах

Эта э.д.с. называется термоэлектродвижущей силой. Направление тока при на рис. 27.1 показано стрелкой. Изменение знака разности температур приведет к изменению направления тока.

Явление Зеебека используется для измерения температуры. Для этого применяются термоэлементы, или термопары – датчики температур, состоящие из двух соединенных между собой разнородных металлических проводников. Если контакты (обычно спаи) проводников (проволок), образующих термопару, находятся при разных температурах, то в цепи возникает термоэлектродвижущая сила, которая зависит от разности температур контактов и природы применяемых материалов. Чувствительность термопар выше, если их соединить последовательно. Эти соединения называются термобатареями (или термостолбиками). Термопары применяются как для измерения ничтожно малых разностей температур, так и для измерения очень высоких и очень низких температур (например, внутри доменных печей или жидких газов). Точность определения температуры с помощью термопар составляет, как правило, несколько кельвин, а у некоторых термопар достигает . Термопары обладают рядом преимуществ перед обычными термометрами: имеют большую чувствительность и малую инерционность, позволяют проводить измерения в широком интервале температур и допускают дистанционные измерения.

Французский физик Ж. Пельте (1785 – 1845) обнаружил, что при прохождении через контакт двух различных проводников электрического тока в зависимости от его направления помимо джоулевой теплоты выделяется или поглощается дополнительная теплота. Таким образом, явление Пельте является обратным по отношению к явлению Зеебека. В отличие от джоулевой теплоты, которая пропорциональна квадрату силы тока, теплота Пельте пропорциональна первой степени силы тока и меняет знак при изменениях направления тока

Рассмотрим замкнутую цепь, состоящую из двух разнородных металлических проводников 1 и 2 (рис. 27.2), по которым пропускается ток  (его направление в данном случае выбрано совпадающим с направлением термотока (на рис. 27.2)). Согласно наблюдениям Пельте, спай А, который при явлении Зеебека поддерживался бы при более высокой температуре, будет теперь охлаждаться, а спай В – нагреваться. При изменении направления тока  спай А будет нагреваться, спай В – охлаждаться.

Объяснить явление Пельте можно следующим образом. Электроны по разную сторону спая обладают различной средней энергией (полной – кинетической плюс потенциальной). Если электроны (направление их движения задано на рис. 27.2 пунктирными стрелками) пройдут через спай В и попадут в область с меньшей энергией, то избыток своей энергии они отдадут кристаллической решетке и спай будет нагреваться.

рис 27.2

В спае А электроны переходят в область с большей энергией, забирая теперь недостающую энергию у кристаллической решетки, и спай будет охлаждаться. Опыт показывает, что теплота Пельте пропорциональна первой степени величины тока:

Явление Пельте используется в термоэлектрических полупроводниковых холодильниках, созданных впервые в 1954 г. под руководством А. Ф. Иоффе, и в некоторых электронных приборах.

Вильям Томсон (Кельвин), исследуя термоэлектрические явления, пришел к заключению, подтвердив его экспериментально, что при прохождении тока по неравномерно нагретому проводнику должно происходить дополнительное выделение (поглощение) теплоты, аналогичной теплоте Пельте:

где S – коэффициент Томсона.

Это явление получило название явления Томсона. Его можно объяснить следующим образом. Так как в более нагретой части проводника электроны имеют большую среднюю энергию, чем в менее нагретой, то, двигаясь в направлении убывания температуры, они отдают часть своей энергии решетке, в результате чего происходит выделение теплоты Томсона. Если же электроны движутся в сторону возрастания температуры, то они, наоборот, пополняют свою энергию за счет энергии решетки, в результате чего происходит поглощение теплоты Томсона.

Теперь можно сделать вывод, что причиной термоэлектрических явлений является нарушение теплового равновесия в потоке носителей тока.