Sekabirkaravirkjunin: Hvönn munur á hitastigi gerir rafmagn
Seebeck-effektur er tæki sem breytir hitamisfari í rafmagns spenna og öfugt. Hann er nefndur eftir Tömas Jóhann Seebeck, Þýski físikari sem uppgötvaði hann árið 1821. Seebeck-effekturinn er grunnur þermopara, rafmagnsgjafa og spin caloritronics.
Hvað er Seebeck-effekturinn?
Seebeck-effekturinn er skilgreindur sem framleiðsla rafmagns spennu (eða spennu) milli tveggja mismunandi leiðara eða sementleiðara sem eru tengd í hring og hafa hitamisfar milli þeirra. Spennan er í hlutfalli við hitamisfar og fer eftir efni sem notað eru.
Til dæmis, þermopar er tæki sem notar Seebeck-effekt til að mæla hitastig. Það bestur af tveimur snórum úr mismunandi metlum (til dæmis kupfer og járn) sem eru tengdir á báðum endum. Einn endur er settur í heitt efnaborð (sem eld) en annarinn er haldinn kaldr (sem í ísblanda). Hitamisfar milli endanna myndar spennu milli snorna, sem er mögulegt að mæla með spennubili.
Seebeck-effekturinn má einnig nota til að framleiða rafmagn úr ónotuðu hita. Rafmagnsgjafi er tæki sem samanstendur af mörgum þermopörum sem eru tengd í rað eða parallel. Heiti endur þermopara er festur við hitakildu (sem motorkerfi eða ofn) og kaldr endur er festur við hitaskipti (sem loft eða vatn). Hitamisfar milli endanna myndar spennu sem getur gert virk rafhlekkju (sem ljóslykt eða vifta).
Hvernig virkar Seebeck-effekturinn?
Seebeck-effekturinn er hægt að skýra með atferli elektróna í leiðara og sementleiðara. Elektrón eru neikvæð ladda partíkulur sem hreyfast frjálst í þessum efnum. Þegar leiðari eða sementleiðari er heitt, fá elektrónin meira kynningarefni og tenda að hreyfast hraðar. Þetta valdar þeim að dreifa sig frá heitu svæði til kalda svæðis, sem myndar rafstraum.
En mismunandi efni hafa mismunandi fjöldi og tegundir elektróna sem eru tiltæk fyrir straum. Sum efni hafa fleiri elektrón en önnur, og sum hafa elektrón með mismunandi snúningarstefnu. Snúningur er kvantfræðileg eiginleiki elektróna sem gerir þeim að verka eins og litill magnett. Þegar tvö efni með mismunandi elektrónaeiginleikum eru tengd saman, mynda þau grenseflöt þar sem elektrón geta bytt orku og snúning.
Seebeck-effekturinn gerist þegar tvö svo grenseflöt eru set af hitamisfar. Elektrónin á heita grenseflötinum fá meira orku og snúning frá hitakildu og flytja það yfir í elektrón á kalda grenseflötinum gegnum hringinn. Þetta valdar ójöfnu af skipun og snúningi milli grenseflata, sem leiðir til rafmagns spennu og magnettreng. Rafmagns spennan drar rafstraum gegnum hringinn, en magnettrengurinn brotar kompass ár sem er settur nær honum.
Hverjar eru notkunarnar af Seebeck-effektinum?
Seebeck-effekturinn hefur margar notkun í vísindum, verkfræði og teknologi. Sumar af þeim eru:
Þermopara: Þetta eru tæki sem nota Seebeck-effekt til að mæla hitastig með háum nákvæmni og sterkri kynningu. Þau eru víðtæklega notuð í viðskiptum, laboratoríum og heimili til ýmsa áfangana, eins og stjórna ofn, mæla motorkerfi, mæla líkamshita, o.s.frv.
Rafmagnsgjafa: Þetta eru tæki sem nota Seebeck-effekt til að breyta ónotuðu hita í rafmagn fyrir sérstök notkun, eins og veita orku til geimferða, fjarskiptasensora, læknisimplanta, o.s.frv.
Spin caloritronics: Þetta er grein af físisfræði sem rannsóknar hvernig hita og snúningur vinna saman í magnett efni. Seebeck-effekturinn spilar mikilvægar hlutverk í þessari grein, vegna þess að hann getur búið til snúningarstrauma og spennu úr hitagráðufari. Þetta getur leitt til nýrra tækja fyrir upplýsingarvinnslu og geymslu, eins og snúningarbatterí, snúningartransistor, snúningarklappir, o.s.frv.
