სებეკის ეფექტი: როგორ წარმოქმნის ელექტროენერგია ტემპერატურის განსხვავებებით

Seebeck ეფექტი არის ფენომენი, რომელიც ტემპერატურის განსხვავებას ქვეყარის და პროპორციულად შექცევას ეკუთვნის და პირიქით. ის დასახელებულია გერმანელი ფიზიკოსი თომას იოჰან სებეკის პატივს, რომელმაც 1821 წელს გამოარკივა. Seebeck ეფექტი არის თერმოპარების, თერმოელექტრო გენერატორების და სპინ კალორიტრონიკის ბაზის.

What is the Seebeck Effect?

Seebeck ეფექტი განისახავს როგორც ელექტრო პოტენციალის (ან ძაბვის) შექმნა სხვადასხვა მასალების დაკავშირებით და ტემპერატურის განსხვავებით მათ შორის. ძაბვა პროპორციულად უდრის ტემპერატურის განსხვავებას და დამოკიდებულია გამოყენებული მასალების ტიპზე.

მაგალითად, თერმოპარი არის მოწყობილობა, რომელიც გამოიყენებს Seebeck ეფექტს ტემპერატურის ზომად. ის შედგება ორი სხვადასხვა მეტალის (როგორიცაა კუპრი და რკინა) ბარის დაკავშირებით. ერთი ბოლო ხარისხებს სიცხეს (როგორიცაა თითოეული თუთუბა), ხოლო მეორე ბოლო დარჩენილია ცივი (როგორიცაა ყინული). ტემპერატურის განსხვავება ბარებს შორის ქვეყარის შექმნას, რომელიც შეიძლება დაიზუსტოს ვოლტმეტრით.

Seebeck ეფექტი გამოიყენება ასევე ელექტროენერგიის წარმოებას სარგებელი სიცხეს შემდეგ. თერმოელექტრო გენერატორი არის მოწყობილობა, რომელიც შედგება ბევრი თერმოპარების დაკავშირებით სერიის ან პარალელურად. თერმოპარების ცხელი მხარე დაკავშირებულია სიცხის წყაროს (როგორიცაა ძრავა ან ცხელი აივანი), ხოლო ცივი მხარე დაკავშირებულია სიცხის სინკს (როგორიცაა ჰაერი ან წყალი). ტემპერატურის განსხვავება მხარეებს შორის ქვეყარის შექმნას, რომელიც შეიძლება დაძაბოს ელექტრო დატვირთვა (როგორიცაა დანის ბურთი ან ვენტილატორი).

How Does the Seebeck Effect Work?

Seebeck ეფექტი შეიძლება განმარტოს ელექტრონების ქცევით მასალებში. ელექტრონები არიან უარყოფითად დატვირთული ნაწილაკები, რომლებიც თავისუფლად მოძრავენ ამ მასალებში. როდესაც მასალა გათბება, მისი ელექტრონები მიიღებენ მეტ კინეტიკურ ენერგიას და სწრაფად მოძრავენ. ეს იწვევს მათ დიფუზიას ცხელიდან ცივი რეგიონში, რით ქვეყარის შექმნას.

სხვადასხვა მასალებს განსხვავებული რაოდენობის და ტიპის ელექტრონები აქვთ დაწყებისთვის. ზოგი მასალა აქვს მეტი ელექტრონი, ზოგი კი მათ სხვადასხვა სპინის ორიენტაცია. სპინი არის ელექტრონების კვანტური თვისება, რომელიც ასახავს მათ მცირე მაგნიტებად. როდესაც ორი სხვადასხვა ელექტრონული მასალა შეერთდება, ისინი ქმნიან ინტერფეისს, სადაც ელექტრონები შეიძლება გადაიცენ ენერგიას და სპინს.

Seebeck ეფექტი ხდება, როდესაც ორი ასეთი ინტერფეისი ქვედარდება ტემპერატურის განსხვავებას. ცხელი ინტერფეისის ელექტრონები მიიღებენ მეტ ენერგიას და სპინს სიცხის წყაროსგან და გადაიცენ ცივი ინტერფეისის ელექტრონებს დაკავშირებით. ეს ქმნის ჩარჩოებს შორის ტვირთის და სპინის არასიმეტრიას, რით იწვევს ელექტრო პოტენციალს და მაგნიტურ ველს. ელექტრო პოტენციალი დაძაბავს ელექტრო დენს დაკავშირებით, ხოლო მაგნიტური ველი დახრის კომპასის იჭრას მის ახლოს დათვებისას.

What are the Applications of the Seebeck Effect?

Seebeck ეფექტს აქვს ბევრი გამოყენება მეცნიერებაში, ინჟინერიაში და ტექნოლოგიაში. ზოგიერთი მათგანი არის:

• თერმოპარები: ეს არის მოწყობილობები, რომელიც გამოიყენებს Seebeck ეფექტს ტემპერატურის ზომად მაღალი სიზუსტით და გამრჯელებით. ისინი ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში, ლაბორატორიებში და სახლებში სხვადასხვა მიზნებით, როგორიცაა გამოშვების კონტროლი, ძრავების მონიტორინგი, სხეულის ტემპერატურის ზომად და ა.შ.

• თერმოელექტრო გენერატორები: ეს არის მოწყობილობები, რომელიც გამოიყენებს Seebeck ეფექტს სარგებელი სიცხის ელექტროენერგიის წარმოებაში სპეციალური გამოყენებებისთვის, როგორიცაა კოსმოსური თავსატეხების, შუალედური სენსორების და მედიცინური იმპლანტების დაძაბვა.

• სპინ კალორიტრონიკა: ეს არის ფიზიკის დარგი, რომელიც შესწავლის თემპერატურასა და სპინს მაგნიტურ მასალებში. Seebeck ეფექტი თანმიმდევრული როლი ითამაშებს ამ დარგში, რადგან ის შეიძლება შექმნას სპინ დენები და ძაბვები ტემპერატურის გრადიენტებიდან. ეს შეიძლება გამოიწვიოს ახალი მოწყობილობები ინფორმაციის დამუშავებისა და შენახვისთვის, როგორიცაა სპინ ბატარეები, სპინ ტრანზისტორები, სპინ ვალვები და ა.შ.

What are the Advantages and Limitations of the Seebeck Effect?

Seebeck ეფექტს აქვს ზოგიერთი ადვილება და შეზღუდვები, რომლებიც ახასიათებენ მის მუშაობას და ეფექტურობას. ზოგიერთი მათგანი არის:

• ადვილება: Seebeck ეფექტი არის მარტივი, დამოუკიდებელი და საშუალებადი. ის არ მოითხოვს მოძრავ ნაწილებს ან გარე ენერგიის წყაროს. ის შეიძლება მუშაობდეს ფართო ტემპერატურის დიაპაზონში და სხვადასხვა მასალებით. ის შეიძლება წარმოიქმნას ელექტროენერგია დაბალი რიგის სიცხის წყაროებიდან, რომლებიც წარმოებაში იყო დაკარგული.

• შეზღუდვები: Seebeck ეფექტი შეზღუდულია მასალების ხელმისაწვდომობით და თანხმობით. ის მოითხოვს მასალებს მაღალი ელექტრო და დაბალი თერმო დატვირთულობით მაღალი ძაბვის და დაბალი სიცხის დაკარგვის მისაღებად. ის ასევე მოითხოვს მასალებს სხვადასხვა Seebeck კოეფიციენტებით ძაბვის განსხვავების შექმნისთვის. Seebeck კოეფიციენტი არის თვისება, რომელიც ზომავს, რამდენი ძაბვა წარმოიქმნება ერთეული ტემპერატურის განსხვავების თითოეული მასალისთვის. Seebeck კოეფიციენტი დამოკიდებულია ტარით მუშაობის ტიპისა და კონცენტრაციის, მათ ენერგიის დონეებისა და ინტერაქციების ქსელთან. Seebeck კოეფიციენტ