Efektu Seebeck: Nola Sortzen Da Elektrizitatea Temperatura-desberdintasunekin
Seebeck efektua, tenperatura-erektasunak elektriko tentsioan bihurtzen duen fenomenoa da, eta alderantziz. Alemangarriaren fisikari Thomas Johann Seebeck izeneko kideak 1821an aurkitu zuen. Seebeck efektua, termokoppleak, termoelektriko generadoreak eta spin caloritronika oinarria dira.
Zer da Seebeck Efektua?
Seebeck efektua, bi material desberdinen arteko bucle batean dagoen tentsio elektriko (edo tentsio) sortzea da, material horien artean tenperatura-erektasun bat egonik. Tentsioa tenperatura-erektasunarekiko proportzionala da eta erabilitako materialen menpe dago.
Adibidez, termokople bat Seebeck efektua erabiltzen du tenperatura neurtzeko. Bi metal desberdineko (hala nola kopur eta hierro) hilabidea da, bi amaieran elkartuta. Batetik, iturri gorri bat (hala nola ilbeltza) ikusten da eta bestetik, hotza (hala nola ur-hotza). Amarairen arteko tenperatura-erektasunak hilabideen artean tentsio bat sortzen du, tentsio hori voltmetro batekin neurtu dezakegu.
Seebeck efektua ere erabil daiteke elektirikoa sortzeko kalteko hotzarekin. Termoelektriko generadore bat, serieko edo paraleloko asko termokople dituen gailua da. Termokoplen alde gorria iturri gorri bati (hala nola motorra edo hornitzailea) lotzen zaie eta alde hotza hotza-sink bati (hala nola aire edo ur). Aldeen arteko tenperatura-erektasunak tentsio bat sortzen du, tentsio horrek elektrikoki kargatuko du (hala nola luzera edo arrastatzailea).
Nola Dabil Seebeck Efektua?
Seebeck efektua, elektronen portaera konduktore eta semikonduktoretan azal daiteke. Elektronak negatiboki kargatutako partikulak dira, material horietan askea mugitzeko gai dira. Konduktor edo semikonduktor bat hitzegiten denean, elektronak energia kinetiko gehiago lortzen dute eta azkarrago mugitzeko noranzkoa dute. Honek elektronen difusioa ekarriko dio erdigorra aldetik hotza aldera, elektrikoa sortuz.
Hala ere, material desberdinek konduztura egokia duten elektron kopuru eta mota desberdinak dituzte. Material batzuek elektron gehiago dituzte beste batzuetik, eta batzuek elektronak spin orientazio desberdinekin dituzte. Spin elektronen ezaugarri kuantikoa da, hauen aktuatzeko magnetotxe txiki bezala. Bi material spin elektronen ezaugarri desberdinak dituzten elkartzen direnean, interfaze bat sortzen da non elektronak energia eta spin trukatu dezakete.
Seebeck efektua gertatzen da bi interfazek tenperatura-erektasun bat jasotzen dutenean. Interfaz gorrian elektronak energi eta spin gehiago lortzen dituzte iturritik, eta horiek interfaz hotzaraino trukatzen dituzte buklearen bidez. Honek elektronen karga eta spinen disequilibrioa ematen du, elektriko tentsioa eta magnetiko eremu bat. Elektriko tentsioa elektrikoa sortzen du buklearen bidez, eta magnetiko eremua kompas baten pina deflektatzen du.
Zein dira Seebeck Efektuaren Aplikazioak?
Seebeck efektuan zientzia, teknika eta teknologiaren aplikazio ugari daude. Batzuk hauek dira:
Termokoppleak: Gailu hauek Seebeck efektua erabiltzen dute tenperatura neurtzeko, doitasunez eta sentibilitate handiarekin. Industrian, laborategietan eta etxean erabiltzen dira, erretan kontrolatzeko, motorren tenperatura neurtzeko, gorputzaren tenperatura neurtzeko, etab.
Termoelektriko generadoreak: Gailu hauek Seebeck efektua erabiltzen dute kalteko hotza elektrikora bihurtzeko aplikazio bereziakentzat, hala nola espazio-zerbitzariak, sensor distantziakoak, implantu medikuak, etab.
Spin caloritronika: Fisikan sail bat da, zeinak kalor eta spinen arteko interakzioa magnetiko materialen artean aztertzen du. Seebeck efektua sail honen barruan papel garrantzitsua du, spin corrientea eta tentsioa sortzen ditu tenperatura gradienteetatik. Horrek gailu berriak sortzen ditu informazio prozesatzeko eta gordetzeko, hala nola spin bateriak, spin transistorak, spin valvula, etab.
Zein dira Seebeck Efektuaren Aukerak eta Murrizketak?
Seebeck efektuan aukerak eta murrizketak daude, perfomantea eta efizientzia moduan eragiten dituen. Batzuk hauek dira:
Aukerak: Seebeck efektua sinplea, fiablea eta anbizioa da. Ez du beharrezko pieza mugitu gabekoak edo indarraren iturri kanporatuak. Elikadun tenperatura guztien artean lan egin dezake. Elektrikoa sortzen du kalteko hotzetatik, beste kasutan galduko lukeena.
Murrizketak: Seebeck efektua materialen erabilgarritasuna eta antolakuntza murrizten du. Materialen elektrikoa konduzitza handia eta hotza konduzitza baxua behar ditu tensio altua eta hotza galtea txikia lortzeko. Materialen Seebeck koefiziente desberdina behar ditu tensio diferentzia sortzeko. Seebeck koefizientea ezaugarri bat da, zenbatekoa tentsioa unitate tenperatura-erektasuneko material jakin batean. Seebeck koefizientea elektronen mota eta kontzentrazioa, energia maila eta hauen interakzioa kristalarekin menpe dago. Seebeck koefizientea tenperaturaren, osagaiaren eta magnetiko eremuen arabera alda daiteke. Seebeck koefiziente altu eta estaltasuna dituzten materialak aurkitzea thermoelektriko aplikazioetarako erraza da.
Zein dira Seebeck Efektuarentzat Erabilitako Material Mota?
Seebeck efektuentzat erabilitako materialak hiru kategoriaetan banatu daitezke: metalak, semikonduktoreak eta superkonduktoreak.
Metalak: Metalak elektrikoa eta hotza ondo konduzitzen dituzte. Seebeck koefiziente baxua eta hotza konduzitza altua dituzte, hala nola thermoelektriko aplikazioetarako inefizientziak dira. Hala ere, metalak era errazean fabrikatu eta konektatu ahal izango dira, eta mekanikoki adierazgarriak eta estalduak dira. Metalak termokopleetan erabili ohi dira, non zehaztasuna eta iraunkortasuna efizientziaren gainetik garrantzitsuagoak diren. Adibidez, kopur-konstantan, hierro-konstantan, cromel-alumel, etab.
Semikonduktoreak: Semikonduktoreak elektrikoa konduzitza erdian dagoen materialak dira, kontrolatzen dituzte doping edo elektrikoa eremu bat aplikatuz. Semikonduktoreak Seebeck koefiziente altuagoa eta hotza konduzitza baxua dituzte metalen alderdi, hala nola thermoelektriko aplikazioetarako egokiagoak dira. Hala ere, semikonduktoreak fabrikatu eta konektatu errazagoak dira, eta mekanikoki adierazgarriak eta estalduak dira. Semikonduktoreak termoelektriko generadore eta zeramatzeko gailuetan erabili ohi dira, non efizientzia eta prestakuntza zehaztasuna eta iraunkortasuna gainetik garrantzitsuagoak diren. Adibidez, bismuto tellurido-antimonio tellurido, lead tellurido-silicio germanio, etab.
Superkonduktoreak: Superkonduktoreak zero elektrikoa erresistentzia duten materialak dira, kritiko tenperatura baten azpitik. Superkonduktoreak Seebeck koefiziente altu eta hotza konduzitza baxua dituzte, hala nola thermoelektriko aplikazioetarako idealkoak dira. Hala ere, superkonduktoreak oso arraroak eta kostu altuak dira, eta funtzionatzeko tenperatura oso baxuak behar dituzte, praktikan erabilpena murrizten du. Superkonduktoreak ikerketa helburuetarako erabili ohi dira, hala nola spin Seebeck efektua aztertzen, hala nola magnetiko material baten tenperatura-erektasunetik spin tentsioa sortzen da.
Klasea
Seebeck efektua, tenperatura-erektasunak elektriko tentsioan bihurtzen dituen fenomenoa da, eta alderantziz. Zientzia, teknika eta teknologiaren aplikazio ugari ditu, hala nola termokoppleak, termoelektriko generadoreak, termoelektriko zeramatzeko gailuak eta spin caloritronika. Seebeck efektua erabilitako materialen menpe dago, elektrikoa konduzitza, hotza konduzitza eta Seebeck koefiziente. Seebeck koefiziente altu eta estaltasuna dituzten materialak aurkitzea thermoelektriko gailuen efizientzia eta prestakuntza hobetzen lagunduko du.
Iradokizuna: Jatorrizkoa errespetatu, artikulu onak partekatzeko balio ditu, baldin eta erosioa badago kontaktatzeko ezabatu.
