Seebeck efekts: Kā temperatūras atšķirības ģenerē elektroenerģiju
Seebeck efekts ir parādība, kas pārvērš temperatūras atšķirības elektriskā spriegumā un otrādi. Tas nosaukts vāciskā fizika Tomas Johann Seebeck vārdā, kurš to atklāja 1821. gadā. Seebeck efekts ir pamats termopāriem, termoelektriskajiem ģeneratoriem un spin kaloritronikai.
Kas ir Seebeck efekts?
Seebeck efekts ir definēts kā elektriskā potenciāla (vai sprieguma) ģenerēšana starp diviem dažādiem vedumiem vai poluprovadītājiem, kas savienoti ciklā un kam ir temperatūras atšķirība starp to savienojumu punktiem. Spriegums ir proporcionāls temperatūras atšķirībai un atkarīgs no izmantotajiem materiāliem.
Piemēram, termopārs ir ierīce, kas izmanto Seebeck efektu, lai mērītu temperatūru. Tā sastāv no diviem metālu dārzos (piemēram, raķešu un dzelzs), kas savienoti abos galdos. Viens gals tiek izpostīts karstam avotam (piemēram, plamenim), bet otrs gals tiek uzturēts aukstā (piemēram, ledus ūdenī). Temperatūras atšķirība starp galām radīs spriegumu caur dārziem, ko var mērīt voltmeters.
Seebeck efekts var tikt izmantots arī elektroenerģijas ģenerēšanai no atkritumu siltuma. Termoelektriskais ģenerators ir ierīce, kas sastāv no daudziem termopāriem, kas savienoti virknē vai paralēli. Karsta puse termopāriem ir pievienota siltuma avotam (piemēram, dzinējam vai krāsnē), bet auksta puse ir pievienota siltuma lejplūsmai (piemēram, gaisam vai ūdenim). Temperatūras atšķirība starp pusēm radīs spriegumu, kas var apgādāt elektrisko slodzi (piemēram, gaismu vai ventilatoru).
Kā strādā Seebeck efekts?
Seebeck efekts var tikt paskaidrots ar elektronu uzvedību vedos un poluprovadītājos. Elektroni ir negatīvi uzlādēti daļiņi, kas brīvi kustas šajos materiālos. Kad vedu vai poluprovadītāju sild, tā elektroni iegūst lielāku kinētisko enerģiju un tendējo kusties ātrāk. Tas izraisa to difuziju no karsta reģiona uz aukstu, veidojot elektrisku strāvu.
Tomēr, dažādi materiāli ir ar dažādu skaitu un tipu elektroniem, kas pieejami vedībai. Daži materiāli ir ar vairāk elektroniem nekā citi, un daži ir ar elektroniem, kuriem ir dažādas spin orientācijas. Spin ir kvantu īpašība, kas padara elektronus par maziem magnētiem. Kad divi materiāli ar dažādiem elektronu raksturojumiem tiek savienoti, tie veido robežu, kur elektroni var apmainīties ar enerģiju un spinu.
Seebeck efekts notiek, kad divas šādas robežas tiek pakļautas temperatūras atšķirībai. Elektroni karstā robežā iegūst vairāk enerģijas un spinu no siltuma avota un tos pārnes elektroniem aukstā robežā caur ciklu. Tas radīs lādes un spinu disbalansu starp robežām, rezultējot elektriskā potenciālā un
