Sibek Efekti: Temperatur fərqinin elektrik yaradılması prosesi
Seebeck effekti Seebeck effekti temperatur fərqini elektrik gerilimə və vice versa çevirmək üçün istifadə olunur. Bu effekt, onu 1821-ci ildə keşf edən alman fiziki Thomas Johann Seebeck-un adını daşıyır. Seebeck effekti, termoparlar, termoelektrik generatorlar və spin kaloritronikaların nəzəriyyəsindən ibarətdir.
Seebeck Effekti Nədir?
Seebeck effekti, iki fərqli iletici və ya yarıileticilərin birləşməsindən ibarət bir dövrədə, bu ileticilərin məscidləri arasındakı temperatur fərqinə görə elektrik potensialının (və ya gerilimin) yaranması kimi tərif olunur. Gerilim, temperatur fərqinə mütənasibdir və istifadə olunan materiallardan asılıdır.
Məsələn, termopar, Seebeck effektindən istifadə edərək temperaturu ölçmək üçün istifadə olunan cihazdır. Bu cihaz, müxtəlif metaldan (məsələn, mis və demir) hazırlanmış iki sümükten ibarətdir ki, hər ikisi hər iki ucunda birləşdirilib. Bir ucu isti mənbəyə (məsələn, alov) maraq edilir və digər ucu soyuq saxlanılır (məsələn, buz suyu). Uclar arasındakı temperatur fərq, sümüklər arasında gerilim yaratır ki, bu gerilim voltmeter ilə ölçülür.
Seebeck effekti, atıllığa çevrilən istilik enerjisinin təmin edilməsi üçün də istifadə oluna bilər. Termoelektrik generator, birbaşa və ya paralel qoşulmuş bir neçə termopardan ibarət bir cihazdır. Termoparlara olan isti tarafa (məsələn, motor və ya furniz) bir mənbə bağlanır və soyuq tarafa isə (məsələn, hava və ya su) bir soğutucu bağlanır. Tarafalar arasındakı temperatur fərq, elektrik yükünü (məsələn, lampa və ya ventilator) işə salacaq gerilim yaratır.
Seebeck Effekti Nə Kimi İşləyir?
Seebeck effekti, ileticilərdə və yarıileticilərdə elektronların davranışı ilə izah edilə bilər. Elektronlar, bu materialarda özgür şəkildə hərəkət edən mənfi zərurlu partikullardır. Əgər iletici və ya yarıiletici istilərsə, onun elektronları daha çox kinetik enerji alır və daha sürətli hərəkət etməyə meyllidirlər. Bu, onların isti sahədən soyuq sahəyə doğru diffuziya etməsinə səbəb olur və elektrik akımının yaradılmasına səbəb olur.
Amma, fərqli materiallar, iletim üçün müxtəlif sayda və növde elektronlar ehtiva edir. Bəzi materiallar, digərlərinə nisbətən daha çox elektron ehtiva edir və bəzilərinin elektronları fərqli dönmə oriyentasiyasına malikdir. Dönmə, elektronların kvant xüsusiyyətləri olan kiçik maqlitlər kimi davrandığına səbəb olan xüsusiyyətdir. İki fərqli elektron xüsusiyyətləri olan material birləşdirsə, onlar arası interfeys yarandır ki, burada elektronlar enerji və dönməni mübadilə edə bilərlər.
Seebeck effekti, iki belə interfeys temperatur fərqindən keçirsə baş verir. İsti interfeystdəki elektronlar, istilik mənbəsindən daha çox enerji və dönmə alır və bu enerjiyi və dönməni dövrə vasitəsilə soyuq interfeysdəki elektronlara köçürür. Bu, interfeyslər arasındakı zərur və dönmənin balanssızlığını yaradır, bu da elektrik potensial və maqlit sahəsinin yaradılmasına səbəb olur. Elektrik potensial, dövrədən elektrik akım yaratır, maqlit sahə isə ona yaxın yerləşdirilən kompas iğnəsini çəkir.
Seebeck Effektinin Tətbiqləri Nədir?
Seebeck effekti, elmdə, mühəndislikdə və texnologiyada bir çox tətbiqi var. Bunlardan bəziləri:
Termoparlar: Bu cihazlar, Seebeck effektindən istifadə edərək yüksək dəqiqliklə və hassaslıqla temperaturu ölçmək üçün istifadə olunur. Onlar, peçlərin idarə edilməsi, mühərriklərin monitorinqi, beden temperaturunun ölçüləməsi kimi müxtəlif məqsədlər üçün endüstridə, laboratoriyalarda və evlərdə geniş istifadə olunur.
Termoelektrik generatorlar: Bu cihazlar, Seebeck effektindən istifadə edərək atıllıq istilikdən elektrik enerjisi yaratmaq üçün istifadə olunur. Kosmos aparatlarının, uzak sensorların, tibbi implante olanlara güc təmin etmək kimi xüsusi tətbiqlər üçün istifadə olunur.
Spin kaloritronika: Bu, maqlit materialarda istilik və spin arasındakı münasibətləri öyrənən fizikanın bir sahasıdır. Seebeck effekti, bu sahada önemli rol oynayır, çünki o, temperatur gradientindən spin akımları və gerilimlər yarada bilər. Bu, informasiyanın emal və saxlanması üçün yeni cihazlar (spin bataryalar, spin tranzistorlar, spin valflər və s.) yaratmağa imkan verir.
Seebeck Effektinin Üstünlükləri və Məhdudluqları Nədir?
Seebeck effekti, performansı və effektivliyini təsir edən bir neçə üstünlük və məhdudluğa malikdir. Bunlardan bəziləri:
Üstünlüklər: Seebeck effekti sadə, inamverici və universaldır. O, heç bir hərəkətli hissə və ya xarici gücü tələb etmir. O, geniş temperatur və material diapazonunda işləyə bilər. O, atıllıq istilik mənbələrindən elektrik enerjisi yaratmaq üçün istifadə oluna bilər.
Məhdudluqlar: Seebeck effekti, materialların mövcudluğu və uyğunluğu tərəfindən məhdudlaşır. O, yüksək gerilim və aşağı istilik itirməsi əldə etmək üçün yüksək elektrik iletik və aşağı istilik iletik kəskinliyinə malik materialları tələb edir. O, həmçinin, voltaj fərqinin yaradılması üçün fərqli Seebeck kəsirələri olan materialları tələb edir. Seebeck kəsiri, bir material üçün bir vahid temperatur fərqində yaradılan gerilim miqdarını ölçən xüsusiyyətdir. Seebeck kəsiri, zərur cəmiyyətlərin növü və koncentrasiyasından, onların enerji səviyyələrindən və qrupla etkileşmələrindən asılıdır. Seebeck kəsiri, temperatur, kompozisiya və maqlit sahədən asılı olaraq dəyişə bilər. Yüksək və sabit Seebeck kəsirə malik materialların tapılması, termoelektrik tətbiqlər üçün çətinlik yaradır.
Seebeck Effektində Istifadə Olunan Material Növləri Nədir?
Seebeck effektində istifadə olunan materiallar üç kateqoriyaya bölünə bilər: metal, yarıileticilər və süperileticilər.
Metallar: Metallar, hemçinin elektrik və istilik iletikləri də iyidir. Onların aşağı Seebeck kəsiri və yüksək istilik iletik kəskinliyi var, bu da onları termoelektrik tətbiqlər üçün nisbətən nizamlıdır. Amma, metallar, sadəcə tikinti və qoşulmaq, yüksək mexaniki güclü və sabitdir. Metallar, dəqiqlik və dayanıqlıq daha vacib olan termoparlarda geniş istifadə olunur. Məsələn, termoparlarda istifadə olunan metal cütləri mis-konstantan, demir-konstantan, kromel-alumel və s. dir.
Yarıileticilər: Yarıileticilər, doyma və ya elektrik sahə tətbiq etməklə idarə oluna bilən orta elektrik iletiklərə malik materiallardır. Onların yüksək Seebeck kəsiri və aşağı istilik iletik kəskinliyi var, bu da onları termoelektrik tətbiqlər üçün daha uyğun edir. Amma, yarıileticilər, tikinti və qoşulmaq, aşağı mexaniki güclü və sabitdir. Yarıileticilər, effektivlik və performans daha vacib olan termoelektrik generatorlarda və soğutmalarda geniş istifadə olunur. Məsələn, termoelektrik cihazlarda istifadə olunan yarıileticilər cütləri bizmut tellurid-antimon tellurid, qurğular silisium-qermanium və s. dir.
Süperileticilər: Süperileticilər, kritik temperaturdan aşağıda sıfır
