Себек эффекті: Температуралық айырмашылықтар қалай электр энергиясын жасайды

Сібек эффекті - бұл температура айырмашылықтарын электр сібек эффекті мен еңгізілетін және керісінше. Бұл неміс физик Томас Йохан Сібек тақырыпты 1821 жылы ашқан. Сібек эффекті термоэлектрдік генераторлар, термоэлектрдік оңайлау және спин калоритроника негізі болып табылады.

Сібек эффекті деген не?

Сібек эффекті - бұл екі өзара байланысты материалдардың (металлдардың немесе полупроводниковдердің) қосылуында пайда болатын электр потенциалының (немесе вольтажының) пайда болуы. Вольтаж температура айырмашылығына пропорционал болып, қолданылатын материалдарға байланысты.

Мисалы, термопара - бұл сібек эффектін пайдаланып температураны өлшеген түрлерден бірі. Ол екі өзара байланысты металлдардан (мысалы, мисыз және тамыр) құрастырылған. Бір ұшы ыстық бастапқыға (мысалы, өрі), ал екінші ұшы суық бастапқыға (мысалы, айналма су) қояды. Ұштардың температура айырмашылығы проводы арасында вольтаж пайда етеді, оны вольтметрмен өлшей алады.

Сібек эффектін қалдық жылу энергиясынан электр энергиясын өндіру үшін де қолдануға болады. Термоэлектрдік генератор - бұл бірнеше термопара сериялық немесе параллельде қосылған түрлерден бірі. Термопаралардың ыстық ұшы ыстық бастапқыға (мысалы, двигатель немесе печьге) қосылады, ал суық ұшы суық бастапқыға (мысалы, ауа немесе су) қосылады. Ұштардың температура айырмашылығы вольтажын пайда етеді, ол электр жүкті (мысалы, жарқыратын лампа немесе шебер) қозғайды.

Сібек эффекті қалай іске асырылады?

Сібек эффекті проводниктер мен полупроводниковдердегі электр зарядтарының қауіптілігі арқылы түсіндірілетін. Электр зарядтары ыстық регионнан суық регионға қозғалып, электр ток пайда етеді.

Бірақ, әртүрлі материалдарда қаншалықты электр зарядтары бар және олардың қандай түрлері бар. Екі өзара байланысты материалдардың интерфейсінде электр зарядтары энергия мен спин алмасуы мүмкін.

Сібек эффекті - бұл ыстық интерфейстегі электр зарядтары ыстық бастапқыдан энергия мен спин алып, оны суық интерфейстегі электр зарядтарына өткізеді. Бұл интерфейстер арасында заряд мен спин дисбалансы пайда болады, электр потенциалы және магниттік талақы пайда болады. Электр потенциалы циклде электр токты қозғайды, ал магниттік талақы компас игін айналдырады.

Сібек эффектінің қандай қолданылуы бар?

Сібек эффекті наука, инженерия және технологияда көптеген қолданылуы бар. Мысалы:

• Термопаралар: Бұл құрылғылар сібек эффектін пайдаланып, температураны өте дәл өлшейді. Олар өнеркәсіптік, лабораториялық және үй жұмыстарында кеңінен қолданылады, мысалы, фурнитураларды, двигательлерді, дене температурасын басқару үшін.

• Термоэлектрдік генераторлар: Бұл құрылғылар сібек эффектін пайдаланып, қалдық жылу энергиясын электр энергиясына айналдырады. Олар космостағы аппараттар, алыс датчиктер, медициналық имплантылар үшін қолданылады.

• Спин калоритроника: Бұл физиканың бір тармағы, ол магниттік материалдарда жылу және спин қалыптасуын зерттейді. Сібек эффекті бұл тармақта маңызды рөл атқарады, себебі ол температура градиенттерінен спин токтарын және вольтажын пайда етеді. Бұл жаңа құрылғылар үшін қолданылады, мысалы, спин батареялар, спин транзисторлар, спин көпірлері.

Сібек эффектінің қандай артықшылықтары және шектеулері бар?

Сібек эффектінің артықшылықтары және шектеулері бар. Мысалы:

• Артықшылықтар: Сібек эффекті қарапайым, тиімді және көптеген қолданылуы бар. Ол хәрікетті бөлшектері немесе сыртқы энергия бастапқыларына қажет емес. Ол өте ширектеу температура аралығында және әртүрлі материалдарда иштей алады. Ол қалдық жылу энергиясын өте тиімді түрде өндіреді.

• Шектеулер: Сібек эффекті материалдардың қолданысына және сәйкестігіне байланысты. Ол өте жоғары электр өткізгіштікке және төмен жылу өткізгіштікке қажет. Ол әртүрлі сібек коэффициенттерінің бар материалдарға да қажет. Сібек коэффициенті - бұл бір материал үшін температура айырмашылығына тең вольтажын өлшеген қасиет. Сібек коэффициенті заряд носытқыштарының түрі, концентрациясы, энергия деңгейлері және құрылыммен әрекеттенуіне байланысты. Сібек коэффициенті температура, қосылыстар және магниттік талақымен өзгереді. Жоғары және стабиль сібек коэффициенттерінің бар материалдарды табу термоэлектрдік қолданыстар үшін қиындық.

Сібек эффекті үшін қандай материалдар қолданылады?

Сібек эффекті үшін қолданылатын материалдар үш топқа бөлінеді: металлдар, полупроводниковдер және суперпроводниковдер.

• Металлдар: Металлдар өте жақсы электр және жылу өткізгіштері. Олар төмен сібек коэффициенттері және жоғары жылу өткізгіштіктері бар, сондықтан термоэлектрдік қолданыстар үшін өте тиімсіз. Бірақ металлдар өте жеңіл өндірілетін және байланысты, олар өте жоқшылықты және стабилді. Металлдар өте дәл өлшемдер қажет болғанда термопараларда қолданылады. Термопаралар үшін қолданылатын металл жұбы мисыз-константан, тамыр-константан, хромел-алюмел.

• Полупроводниковдер: Полупроводниковдер - бұл өрісін өзгерту арқылы контролденетін аралық электр өткізгіштікке ээ материалдар. Олар металлдардан өте жоғары сібек коэффициенттері және төмен жылу өткізгіштіктері бар, сондықтан термоэлектрдік қолданыстар үшін өте тиімді. Бірақ полупроводниковдер өте қиын өндірілетін және байланысты, олар өте төмен жоқшылықты және стабилді. Полупроводниковдер өте тиімді өндірілетін және иштейтін термоэлектрдік генераторларда және оңайлауларда қолданылады. Полупроводниковдер үшін қолданылатын материалдар бизмут теллурид-антимоний теллурид, свинец теллурид-кремний германий.

• Суперпроводниковдер: Суперпроводниковдер - бұл критикалық температурадан төмен температурада нөлге тең электр қарсылықты қолданатын материалдар. Олар өте жоғары сібек коэффициенттері және өте төмен жылу өткізгіштіктері бар, сондықтан термоэлектрдік қолданыстар үшін идеалды. Бірақ суперпроводниковдер өте сирек және қымбат, олар өте төмен температурада иштей алады, бұл олардың практикалық қолданысын шектейді. Суперпроводниковдер негізінен зерттеу үшін қолданылады, мысалы, магниттік материалда температура градиенттерінен спин вольтажы пайда болуын зерттеу.

Жалпы сөз

Сібек эффекті - бұл температура айырмашылықтарын электр вольтажына және керісінше айналдыратын қызықты эффект. Ол наука, инженерия және технологияда көптеген қолданылуы бар, мысалы, термопаралар, термоэлектрдік генераторлар, термоэлектрдік оңайлау және спин калоритроника. Сібек эффекті қолданылатын материалдарға, олардың электр өткізгіштіктері, жылу өткізгіштіктері және сібек коэффициенттеріне байланысты. Жоғары және стабиль сібек коэффициенттерінің бар материалдарды табу термоэлектрдік құрылғылардың өнімділігі мен өнімділігін жақсарту үшін қиындық.

Ескерту: Авторды урметтей, жақсы мақалаларды бөлісу үшін, автордық құқықтарды бұзған жағдайда өшіру үшін хабарласыңыз.