سیبک اثر: درجات حرارت مختلف کے ذریعہ برق تولید کیسے ہوتی ہے

سیبک کا اثر ایک پدیدہ ہے جو درجات حرارت کے فرق کو برقی ولٹیج میں تبدیل کرتا ہے اور بالعکس۔ اس کا نام جرمن طبیعیات دان ٹھامس جان سیبک کے نام پر رکھا گیا ہے جنہوں نے 1821 میں اس کا مظاہرہ کیا تھا۔ سیبک کا اثر تھرمکوپلز، تھرمی الیکٹرک جنریٹرز، اور سپن کالوریٹرانکس کی بنیاد ہے۔

سیبک کا اثر کیا ہے؟

سیبک کا اثر کی تعریف یہ ہے کہ دو مختلف کانڈکٹروں یا سیمی کانڈکٹروں کو لوپ میں جوڑ دیا جاتا ہے اور ان کے جنکشن کے درمیان درجات حرارت کا فرق ہوتا ہے۔ ولٹیج درجات حرارت کے فرق کے تناسب سے ہوتا ہے اور استعمال کیے جانے والے مواد پر منحصر ہوتا ہے۔

مثال کے طور پر، ایک تھرمکوپل وہ ڈیوائس ہے جو درجات حرارت کو میپ کرنے کے لئے سیبک کا اثر استعمال کرتا ہے۔ یہ دو مختلف میٹلوں (جیسے کپر اور آئرن) کے دو تاروں سے مل کر بنایا جاتا ہے جو دونوں طرف سے جوڑے گئے ہوتے ہیں۔ ایک طرف کو گرم سروس (جیسے شعلہ) سے ملاتے ہیں اور دوسری طرف کو ٹھنڈا (جیسے برف کے پانی میں) رکھتے ہیں۔ جنکشن کے درمیان درجات حرارت کا فرق تاروں کے درمیان ولٹیج پیدا کرتا ہے جسے ولٹ میٹر سے میپ کیا جا سکتا ہے۔

سیبک کا اثر کچھ ضائع گرمی سے برقی توانائی تولید کرنے کے لئے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ایک تھرمی الیکٹرک جنریٹر ایک ڈیوائس ہے جو کئی تھرمکوپلز کو سیریز یا پیرالل میں جوڑتا ہے۔ تھرمکوپلز کی گرم طرف کو گرم سروس (جیسے انجن یا فرنیس) سے ملاتے ہیں اور ٹھنڈی طرف کو ٹھنڈا سروس (جیسے ہوا یا پانی) سے ملاتے ہیں۔ طرفین کے درمیان درجات حرارت کا فرق ولٹیج پیدا کرتا ہے جس سے الیکٹرک لود (جیسے روشنی یا فین) کو چلانے کی توانائی حاصل کی جا سکتی ہے۔

سیبک کا اثر کیسے کام کرتا ہے؟

سیبک کا اثر کانڈکٹروں اور سیمی کانڈکٹروں میں الیکٹران کی مسلک کے ذریعے تشریح کیا جا سکتا ہے۔ الیکٹران منفی باردار ذرات ہیں جو ان مواد میں آزادانہ طور پر حرکت کرتے ہیں۔ جب کانڈکٹر یا سیمی کانڈکٹر کو گرم کیا جاتا ہے تو اس کے الیکٹران زیادہ کائناتی توانائی حاصل کرتے ہیں اور تیزی سے حرکت کرنے کی خواہش رکھتے ہیں۔ یہ ان کو گرم علاقے سے ٹھنڈے علاقے میں منتقل ہونے کی وجہ بنتی ہے، جس سے الیکٹرک کرنٹ پیدا ہوتا ہے۔

لیکن، مختلف مواد کے پاس کانڈکشن کے لئے مختلف تعداد اور قسم کے الیکٹران موجود ہوتے ہیں۔ کچھ مواد کے پاس دوسرے مواد کے مقابلے میں زیادہ الیکٹران ہوتے ہیں، اور کچھ کے پاس الیکٹران کی مختلف سپن میں ہوتے ہیں۔ سپن الیکٹران کا کوانٹم خاصیت ہے جو انہیں چھوٹے چمکدار کی طرح عمل کرنے کی صلاحیت دیتی ہے۔ جب دو مواد جن کے الیکٹران کی خصوصیات مختلف ہوتی ہیں، کو ملا دیا جاتا ہے تو وہ ایک انٹرفیس بناتے ہیں جہاں الیکٹران توانائی اور سپن تبادل کر سکتے ہیں۔

سیبک کا اثر جب دو ایسے انٹرفیس کو درجات حرارت کا فرق دیا جاتا ہے تو پیدا ہوتا ہے۔ گرم انٹرفیس پر الیکٹران گرم سروس سے زیادہ توانائی اور سپن حاصل کرتے ہیں اور انہیں لوپ کے ذریعے ٹھنڈے انٹرفیس پر الیکٹران کو منتقل کرتے ہیں۔ یہ انٹرفیس کے درمیان بار اور سپن کا غیر متوازن بناتا ہے، جس کے نتیجے میں الیکٹرک ولٹیج اور میگنیٹک فیلڈ پیدا ہوتا ہے۔ الیکٹرک ولٹیج لوپ کے ذریعے الیکٹرک کرنٹ کو چلاتا ہے، جبکہ میگنیٹک فیلڈ اس کے قریب رکھے گئے کمپاس کے سوزن کو ہٹا دیتا ہے۔

سیبک کا اثر کی کیا کاربردگی ہے؟

سیبک کا اثر سائنس، مہندسی، اور ٹیکنالوجی میں کئی کاربردگیوں کا حامل ہے۔ ان میں سے کچھ یہ ہیں:

• تھرمکوپلز: یہ ڈیوائسیں سیبک کا اثر استعمال کرتی ہیں تاکہ درجات حرارت کو زیادہ درستگی اور حساسیت سے میپ کیا جا سکے۔ ان کا استعمال صنعتوں، لیبارٹریوں، اور گھروں میں مختلف مقاصد کے لئے ہوتا ہے، جیسے اوون کنٹرول، انجنوں کی مونیٹرنگ، بدن کی درجات حرارت کی میپنگ، وغیرہ۔

• تھرمی الیکٹرک جنریٹرز: یہ ڈیوائسیں سیبک کا اثر استعمال کرتی ہیں تاکہ خاکہ گرمی کو برقی توانائی میں تبدیل کریں اور خاص مقاصد کے لئے استعمال کیا جا سکے، جیسے خلائی جہازوں، دور دراز سینسرز، طبی پلانٹس، وغیرہ کو توانائی فراہم کرنا۔

• سپن کالوریٹرانکس: یہ طبیعیات کی ایک شاخ ہے جو میگنیٹک مواد میں گرمی اور سپن کے درمیان تفاعل کا مطالعہ کرتی ہے۔ سیبک کا اثر اس میدان میں ایک اہم کردار ادا کرتا ہے، کیونکہ یہ درجات حرارت کے فرق سے سپن کرنٹس اور ولٹیجز پیدا کر سکتا ہے۔ یہ نیا ڈیوائسیں معلومات کے پروسیسنگ اور ذخیرہ کے لئے پیدا کر سکتا ہے، جیسے سپن بیٹریز، سپن ٹرانزسٹرز، سپن والوز، وغیرہ۔

سیبک کا اثر کے فائدے اور محدودیتیں کیا ہیں؟

سیبک کا اثر کچھ فائدے اور محدودیتیں ہیں جو اس کی کارکردگی اور کارآمدی کو متاثر کرتی ہیں۔ ان میں سے کچھ یہ ہیں:

• فائدے: سیبک کا اثر سادہ، معتبر، اور متنوع ہے۔ اس کی کوئی متحرک حصے یا بیرونی توانائی کی ضرورت نہیں ہوتی۔ یہ وسیع درجات حرارت اور مواد کے درمیان کام کر سکتا ہے۔ یہ کم درجہ کی گرمی کے سرسے برقی توانائی پیدا کر سکتا ہے جو ورنہ ضائع ہو جاتی ہے۔

• محدودیتیں: سیبک کا اثر مواد کی دستیابی اور مطابقت پر منحصر ہے۔ یہ زیادہ الیکٹرکل کانڈکٹیوٹی اور کم گرمی کی کانڈکٹیوٹی کے ساتھ مواد کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ زیادہ ولٹیج اور کم گرمی کا نقصان ہو۔ یہ کے ساتھ مواد کی ضرورت ہوتی ہے۔سیبک کوئفیشنٹ ولٹیج کا فرق بنانے کے لئے۔ سیبک کوئفیشنٹ ایک خاصیت ہے جو کسی مواد کے لئے یونٹ درجات حرارت کے فرق کے لئے کتنی ولٹیج پیدا ہوتی ہے کا پیمانہ کرتی ہے۔ سیبک کوئفیشنٹ کے پریکار کی قسم اور کثافت، ان کی توانائی کی سطح، اور ان کے لیٹس کے ساتھ تفاعل پر منحصر ہوتی ہے۔ سیبک کوئفیشنٹ درجات حرارت، ترکیب، اور میگنیٹک فیلڈ کے ساتھ بدل سکتا ہے۔ تھرمی الیکٹرک کاربردگی کے لئے زیادہ اور مستحکم سیبک کوئفیشنٹ کے مواد تلاش کرنا چیلنج ہے۔

سیبک کا اثر کے لئے استعمال کیے جانے والے مواد کی قسمیں کیا ہیں؟

سیبک کا اثر کے لئے استعمال کیے جانے والے مواد کو تین قسموں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: میٹلز، سیمی کانڈکٹروں، اور سپر کانڈکٹروں۔

• میٹلز: میٹلز الیکٹرکلی اور گرمی کے لئے اچھے کانڈکٹروں ہیں۔ ان کے پاس کم سیبک کوئفیشنٹ اور زیادہ گرمی کی کانڈکٹیوٹی ہوتی ہے، جس سے وہ تھرمی الیکٹرک کاربردگی کے لئے کم کارآمد ہوتے ہیں۔ لیکن، میٹلز آسانی سے فیبریکیٹ اور کنیکٹ ہوتے ہیں، اور ان کی مکینکل قوت اور استحکام زیادہ ہوتا ہے۔ میٹلز عام طور پر تھرمکوپلز میں استعمال ہوتے ہیں، جہاں درستگی اور استحکام کی اہمیت زیادہ ہوتی ہے۔ میٹل کے جوڑوں کے کچھ مثالیں کپر-کانسٹینٹن، آئرن-کانسٹینٹن، کرومیل-آلومیل، وغیرہ ہیں۔

• سیمی کانڈکٹروں: سیمی