L-Effett tal-Seebeck: Kif il-Differenzi fl-Temperatura Jġeneraw Elettricità
Il-effett Seebeck huwa fenomenon li jikkonverti tifful tal-temperatura fi voltagġ elektrika u vice versa. Huwa ssint wara Thomas Johann Seebeck, fiziku Tedesku li sikkoprija f’1821. Il-effett Seebeck huwa l-bażis ta’ l-termokoppji, l-ġeneraturi termoelektrika, u l-spin caloritronics.
X’hu l-Effett Seebeck?
Il-effett Seebeck huwa definit bħala ġenerazzjoni ta’ potenzjal elektriku ( jew voltagġ) bejn żewġ konduturi differenti jew semikonduktör li huma magħqudin f’ċiklu u għandhom tifful fit-temperatura bejn il-linji tagħhom. Il-voltagġ huwa proporzjonali lit-tifful fit-temperatura u idependi mill-materjali użati.
Pereżempju, l-termokoppja huwa aparattament li jistenna l-effett Seebeck biex jimmisura l-temperatura. Huwa murawwel minn żewġ filijiet ta’ metales differenti (kif kopper u ferro) li huma mgħquda f’dak iż-żewġ lini. L-ebda wahda hija esposta għal sors ħalih (kif flamma) u l-ebda oħra tkun mibqgħa qies (kif f’aqwa tal-għasfur). It-tifful fit-temperatura bejn il-linji jikkrea voltagġ fuq ifilijiet, li jista’ jiġi mmisur bl-means ta’ voltmetru.
L-effett Seebeck jista’ wkoll jiġi użat biex jikkrea elekttriċita' minn ħalih mhux magħsub. Ġeneratur termoelektrik huwa aparattament li jikkonsisti minn numru kbir ta’ termokoppji magħquda f’silġ jew paralell. Is-silġ tal-termokoppji huwa attaċċat għal sors tal-ħalih (kif motor jew fornax) u s-silġ tal-qies huwa attaċċat għal sink tal-ħalih (kif xtieq jew mar). It-tifful fit-temperatura bejn is-silġ jikkrea voltagġ li jista’ ipprovdumi kariku elektrika (kif lampadina jew ventilatur).
Kif Jaffixxa l-Effett Seebeck?
L-effett Seebeck jista’ jiġi spiegat permezz tas-silġ tal-elettroni f’konduturi u semikonduktör. L-elettroni huma partikli negativament cariġa li jsilġu liberament f’dawn il-materjali. Meta konduttur jew semikonduktör jiġi skaldat, l-elettroni tiegħu jgħadu aktar enerġija kinetika u tendu jsilġu akbar. Dan jiċċawża lilhom li jidiffundu mid-darba tal-ħalih għal id-darba tal-qies, bħalissa jikkreu karrent elektriku.
Illum, materjali differenti għandhom numru differenti u tipi differenti ta’ elettroni disponibbli għall-konduzzjoni. Materjali ċerti għandhom aktar elettroni minn oħrajn, u xi materjali għandhom elettroni b’orientamenti differenti tat-tanġibil. It-tanġibil huwa proprietà kwantika tal-elettroni li tiftaħom li jagħmlu kif magneti żgħar. Meta żewġ materjali b’karatteristiċi tanġibili differenti huma mgħquda saħansar, huma jformaw interfax li fehmha l-elettroni jistgħu jiġu scambiati l-enerġija u tanġibil.
L-effett Seebeck jiġi meta żewġ interfaċċi din ikunu sottoposti għal tifful fit-temperatura. L-elettroni fl-interfaċċi tal-ħalih jgħadu aktar enerġija u tanġibil mis-sors tal-ħalih u jpassawhom lil l-elettroni fl-interfaċċi tal-qies permezz tal-ċiklu. Dan jiċċawża imbalanza ta’ karika u tanġibil bejn l-interfaċċi, bħalissa jikkreu potenzjal elektriku u kamp magnetiku. Il-potenzjal elektriku jidirigi karrent elektriku permezz tal-ċiklu, waqt li l-kamp magnetiku jdeflessjonu l-aħħar tal-bussula meħtieg qrib minnu.
Xi Huma l-Aplikazzjonijiet tal-Effett Seebeck?
L-effett Seebeck għandu aplikazzjonijiet ħafna fis-senja, l-inginerija, u t-teknoloġija. Xi wera huma:
Termokoppji: Dawn huma aparattament li jistennu l-effett Seebeck biex jimmisuru l-temperatura b’akkuratazza u sensitività. Huma maqsuma użati f’industrijiet, laboratoriji, u ħaġart għal scopi differenti, kif kontroljar forni, monitorjar motors, immisur temperaturi tal-ġisem, etċ.
Ġeneraturi termoelektrika: Dawn huma aparattament li jistennu l-effett Seebeck biex jikkreaw elekttriċita' minn ħalih mhux magħsub għal applikazzjonijiet speċjali, kif pjanjar spazjali, sensori remuti, implanti mediki, etċ.
Spin caloritronics: Din hi branġ tad-dinja li tistudja kif l-ħalih u tanġibil jiinteragixxu f’materjali magneti. L-effett Seebeck għandu ruħ importanti f’dan il-blokk, billi jista’ jikkrea karrenti tanġibili u voltagġi minn gradenti tal-temperatura. Dan jista’ jilġi għal apparat novi għal elaborazzjoni u stoccaggio ta’ informazzjoni, kif batteġġijiet tanġibili, tranzistori tanġibili, valvuli tanġibili, etċ.
Xi Huma l-Vantaggi u l-Limiti tal-Effett Seebeck?
L-effett Seebeck għandu vantaggi u limiti li jaffettwaw l-prestazzjoni u l-effiċjenza tiegħu. Xi wera huma:
Vantaggi: L-effett Seebeck huwa simpli, affidabili, u versatile. Ma jirequirex parti mobbili jew sorsi esterni tal-enerġija. Jista’ jopera fuq amplitud kbira ta’ tempraturi u materjali. Jista’ jikkrea elekttriċita' minn sorsi ta’ ħalih bassa li inkella jkunu mżubba.
Limiti: L-effett Seebeck huwa limitat mill-disponibilità u kompatibilità tal-materjali. Ir-requiere materjali b’konduzzjoni elektrika għoli u konduzzjoni termika baża biex jieħdu voltagġ għoli u ħalih baż. Ir-requiere ukoll materjali b’koefiċienti Seebeck differenti biex jikkreu differenza ta’ voltagġ. Il-koefiċient Seebeck huwa proprietà li timmisura kemm ta’ voltagġ jikkrea għal unita ta’ tifful fit-temperatura għal materjal sew. Il-koefiċient Seebeck idependi mill-tip u konċentrazzjoni tal-carrieri ta’ kariga, livelli tal-enerġija tagħhom, u interazzjonijiet tagħhom mal-grill. Il-koefiċient Seebeck jista’ jiċċanfigxi skont it-temperatura, kompozizzjoni, u kamp magnetiku. Siktki materjali b’koefiċienti Seebeck għoli u stabili huwa sfida għal applikazzjonijiet termoelektrika.
Xi Huma l-Tip ta’ Materjali Użati għal l-Effett Seebeck?
Il-materjali użati għal l-effett Seebeck jistgħu jiġu klassifikati f’tliet kategoriji: metales, semikonduktör, u superkonduktör.
Metales: Il-metales huma konduċtori ġodda ta’ elekttriċita' u ħalih. Għandhom koefiċienti Seebeck baża u konduzzjoni termika għoli, li jgħadhom ineffiċjenti għal applikazzjonijiet termoelektrika. Ila, il-metales huma sieqsin fabrika u magħquda, u għandhom forza mekanika u stabilità għoli. Il-metales huma maqsuma użati għal termokoppji, fejn l-akkuratazza u l-durabilità huma aktar importanti mill-effiċjenza. Xi eżempji ta’ coppji metales użati għal termokoppji huma kopper-constantan, ferro-constantan, chromel-alumel, etċ.
Semikonduktör: Semikonduktör huma materjali li għandhom konduzzjoni elektrika intermedija li tista’ tkun kontrolata permezz tal-doping jew tal-applicazzjoni ta’ kamp elektriku. Għandhom koefiċienti Seebeck għoli u konduzzjoni termika baża mill-metales, li jgħadhum aktar adeguati għal applikazzjonijiet termoelektrika. Ila, is-semikonduktör huma aktar diffiċli biex jiffabrikaw u jimagħqudu, u għandhom forza mekanika u stabilità inferjuri mill-metales. Is-semikonduktör huma maqsuma użati għal ġeneraturi termoelektrika u coolers, fejn l-effiċjenza u l-prestazzjoni huma aktar importanti mill-akkuratazza u l-durabilità. Xi eżempji ta’ coppji semikonduktör użati għal aparattament termoelektrika huma bismuth telluride-antimony telluride, lead telluride-silicon germanium, etċ.
Superkonduktör: Superkonduktör huma materjali li ghandhom rezistanza elektrika zero taħt temperatura kritika. Għandhom koefiċienti Seebeck għoli u konduzzjoni termika baża, li jgħadhum ideali għal applikazzjonijiet termoelektrika. Ila, is-superkonduktör huma rarissimi u kostosi, u ir-requiere temperaturi baxxi ħafna biex jopraw, li jlimitaw l-użu prattiku tagħhom. Is-superkonduktör huma maqsuma użati għal skopi ta’ riċerka, kif studju tal-spin effett Seebeck, li huwa fenomenon li involvi l-ġenerazzjoni ta’ voltagġ tanġibil minn gradenti tal-temperatura f’materjal magnetiku.
