An Effect Seebeck: Conas a n-Éilimh Tearmach Cruthaíonn Meicneamh Eileactrach

Is éard atá i gceist leis an Seebeck effect ná feiniméan a chonspóidí difríochtaí teasa i ndeargach voltage agus vice versa. Is iarracht ar Thomas Johann Seebeck, fisiceoir Gearmánach a aimsigh é in 1821, go raibh sé ainmnithe. Tá bunús an Seebeck effect ar thermocouples, thermoelectric generators, agus spin caloritronics.

Cad é an Seebeck Effect?

Tá an Seebeck effect á dhéanamh mar ghineadh deargach (nó voltage) ar fud dhá conductor nó semiconductors a bhfuil ceangal ann leo i bpoll agus atá difríocht teasa idir a n-ionaid. Is cothroimeach an deargach leis an difríocht teasa agus dépendann sé ar na mataráil a úsáidtear.

Mar shampla, is í an thermocouple cairt a úsáideann an Seebeck effect chun teaspain a mheas. Consóidtear é as dhá snáth den chineál éagsúla airgid (mar shampla cupar agus iarann) a bhfuil ceangal acu ar an dá thaobh. Tá taobh amháin ag teacht i dteagmháil le foinse teth (mar shampla aingear) agus tá an taobh eile fágtha fuar (mar shampla i mbualadh uisce). Cruthaíonn an difríocht teasa idir na hionaid deargach ar fud na snaithí, is féidir é a mhéadú le voltmeter.

Is féidir an Seebeck effect a úsáid freisin chun reictric a ghiniúint ó threorlach teth. Is é thermoelectric generator cairt a consóidtear as go leor thermocouples a bhfuil ceangal acu i sraithe nó i bparallach. Tá an taobh teth na thermocouples ceangailte le foinse teth (mar shampla inine nó teile) agus tá an taobh fuar ceangailte le heat sink (mar shampla aer nó uisce). Cruthaíonn an difríocht teasa idir na taobhaí deargach a is féidir a úsáid chun carraig reictrice a phoip (mar shampla solas nó fan).

Conas oibríonn an Seebeck Effect?

Is féidir an Seebeck effect a mhíniú trí iompar electron i conductors agus semiconductors. Is íonta neamhspleách iad electrons a glanann go saor i na mataráil seo. Nuair a theastas conductor nó semiconductor, faightear tuilleadh cinetic energy agus tendeann siad a imeacht níos tapúla. Seo a chuiríonn orthu a scuabadh ón réigiún teth chuig an réigiún fuar, ag cruthú electric current.

Ach, tá uimhreacha agus cineálacha éagsúla electrons ar fáil do chonducht i mataráil éagsúla. Tá níos mó electrons ag roinnt matarál ná ag céad eile, agus tá electrons ag roinnt le spinn orainneacha éagsúla. Is cinneacht quanta iad electrons a dhéanann iad obair cosúil le mínbhoga beaga. Nuair a cheanglaítear mataráil éagsúla le spinn orainneacha éagsúla, cruthaíonn siad comhthéacs áit a bhféadfai electrons a scuabadh agus spinn.

Oibríonn an Seebeck effect nuair a cuireann trí chomhthéacs éagsúla difríocht teasa. Faightear níos mó energies agus spinn ón foinse teth ag an interface teth agus cuireann siad orthu a scuabadh chuig an interface fuar trí an loop. Cruthaíonn sé seo imbéal de chárge agus spinn idir na interfaces, ag cur deargach electrice agus magnetic field. Stíofaíonn an deargach electrice current tríd an loop, agus defleann an magnetic field needle compass a chur in aice léi.

Céard iad na hAimsírthechtaí den Seebeck Effect?

Tá go leor aimsírthechtaí ag an Seebeck effect i eolaíocht, ininin, agus teicneolaíocht. Céad cuid acu:

• Thermocouples: Is cairtí iad seo a úsáideann an Seebeck effect chun teaspain a mheas le háireacht agus éifeacht. Tá siad in úsáid go forleathan i dtionscal, i labhairt, agus i tithe chun gníomhartha éagsúla, mar shampla stiúirte oifige, monatóireacht inine, tomhas teaspain corp, etc.

• Thermoelectric generators: Is cairtí iad seo a úsáideann an Seebeck effect chun treorlach teth a chur i reictric don úsáid speisialta, mar shampla púdar spacecraft, sensors remote, implants medical, etc.

• Spin caloritronics: Is é seo gaol de fhísic a staidéar conas a dhéantar teth agus spinn a chuidiú in mataráil meagnaitici. Tá ról tábhachtach ag an Seebeck effect in réimse seo, mar dhuine gan a chur spin currents agus voltages ó gradient teasa. Is féidir sé seo a chur i dtreor don eolas processing agus storage, mar shampla spin batteries, spin transistors, spin valves, etc.