Skip to content
Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag January 23, 2019

The thermopower of NiCr- and PtRh-alloys – a new view

Die Thermokraft von NiCr-und PtRh-Legierungen – ein neuer Ansatz
Klaus Bärner

klaus.baerner@chello.at

EMAIL logo
, Wladimir Morsakov

v_m77@hotmail.com

and Klaus Irrgang

tmg@temperatur.com

From the journal tm - Technisches Messen

Abstract

For the interpretation of the Seebeck coefficient S(T) of transition metal alloys where one or both of the alloy partners develop a spin moment, so far spincluster models in connection with the standard Boltzmann-Fermi theory S(T)T have been adopted. However, this interpretation suffers from some obvious inconsistencies, in particular with NiCr-alloys. In this contribution we try to alleviate these inconsistencies by implementing the recently proposed correlated electron thermopower terms which appear in the framework of Fermi-Boltzmann statistics when it is applied to Stoner-Slater intraatomic exchange (J) split electronic states. For both NiCr- and PtRh-alloys we recover the typical electron correlation term of the thermoelectric power, SD, while former inconsistencies can be removed. As NiCr and PtRh-alloys are often used in high temperature sensing because of their stability, this new interpretation of the thermoelectric power may help to develop a better calibration and compositional choice of alloy-based thermocouples.

Zusammenfassung

Zur Interpretation des Seebeck Koeffizienten S(T) von Übergangsmetall-legierungen bei denen ein oder zwei Legierungselemente ein Spinmoment ausbilden, sind bisher Spinclustermodelle in Zusammenhang mit der konventionellen Fermi-Boltzmann Theorie S(T)T benutzt worden. Allerdings enthält dieser Erklärungsversuch mehrere innere Widersprüche, was bei Ni-Cr Legierungen besonders deutlich wird. In diesem Beitrag versuchen wir diese Widersprüche aufzulösen dadurch daß wir die erst kürzlich vorgeschlagenen korrelierten elektronischen Thermokraftterme einsetzen. Diese SD-Terme sind ein Ergebnis der Fermi-Boltzmann Statistik, aber angewandt auf durch einen inneratomaren Austausch J aufgespaltene elektronische Zustände (Stoner-Slater Ansatz). Sowohl bei NiCr als auch bei PtRh- Legierungen können wir diese Terme identifizieren und auch separieren, wodurch es gelingt es die vormaligen Widersprüche aufzulösen. Da NiCr- und auch PtRh Legierungen wegen ihrer Stabilität oft als Hochtemperatursensoren eingesetzt werden, könnte die neue Interpretation sowohl die Kalibrierung der Thermoelemente verbessern als auch bei der Suche nach einer optimalen Zusammensetzung der Legierungen helfen.

Funding statement: The author’s thank the ZIM cooperation project KF2666703-DF3 for valuable support. We also thank T. Fröhlich for helpful discussions and technical support.

About the authors

Klaus Bärner

klaus.baerner@chello.at

Wladimir Morsakov

v_m77@hotmail.com

Klaus Irrgang

tmg@temperatur.com

References

1. K. Bärner, I.V. Medvedeva, W. Morsakov, K. Irrgang, The thermopower of Nickel, Bangladesh Journal of Physics (BJP) 15, 27–34, 2014.Search in Google Scholar

2. A.R. Mackintosh, L.Sill, The Thermoelectric Power in Chromium and Vanadium, J. Phys. Chem. Solids, 24, 501–506, 1963. Pergamon Press.10.1016/0022-3697(63)90145-8Search in Google Scholar

3. P. Handler, D.E. Mapother, M. Rayl, Phys. Rev. Lett 19, 356, 1967.10.1103/PhysRevLett.19.356Search in Google Scholar

4. A.H. Morrish, The Physical Principles of Magnetism, Wiley, NY 1965, p. 447–491.Search in Google Scholar

5. N.A. Burley, R.L. Powell, G.W. Burns, M.G. Scroger, The Nicrosil versus Nisil Thermocouple: Properties and Thermoelectric Reference data, National Bureau of Standards Monograph 161, US. Government Printing Office, Washington DC, 1978.10.6028/NBS.MONO.161Search in Google Scholar

6. Daniel D. Pollock: Thermocouples, CRC Press, Boca Raton, 1991; ISBN 0-8493-4243-0, p. 221 ff.Search in Google Scholar

7. H. Ibach, H. Lüth, Festkörperphysik, Springer Verlag, Berlin 1988, 2nd edition, p. 137 ff.10.1007/978-3-662-07210-3Search in Google Scholar

8. T. Kasuya, Effects of s-d Interaction on Transport Phenomena. Progr. of Theoretical Physics, 22(2), 227–240, 1959.10.1143/PTP.22.227Search in Google Scholar

9. K. Bärner, W. Morsakov, K. Irrgang, BJP, 19, 77–84, 2016.Search in Google Scholar

10. K. Bärner, I.V. Medvedeva, W. Morsakov, K. Irrgang, The Thermopower of iron, Bangladesh Journal of Physics, BJP 18, 19–24, 2015.Search in Google Scholar

11. H. Bernhard, Editor, Technische Temperaturmessung, Springer, Berlin 2004, p. 1264 ff.10.1007/978-3-642-18895-4Search in Google Scholar

Received: 2018-10-16
Accepted: 2019-01-04
Published Online: 2019-01-23
Published in Print: 2019-05-27

© 2019 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston

Downloaded on 5.12.2022 from frontend.live.degruyter.dgbricks.com/document/doi/10.1515/teme-2018-0071/html
Scroll Up Arrow