Seebeck effekti: Temperatura farqlari qanday elektr energiyasini yaratadi

Seebeck effekti Seebeck effekti bu bir orqali temperaturaning farqlarini elektrik voltage ga va aksincha o'zgartiradi. Bu effekt 1821-yilda nemis fizik Thomas Johann Seebeck tomonidan aniqlangan bo'lib, uning nomi bilan atalgan. Seebeck effekti termoparyalar, termoelektrik generatorlar va spin caloritronika asosidir.

Seebeck effekti nima?

Seebeck effekti - bu ikkita turli elektrotovushlar yoki poluprovodniklar uchun, ularning bog'liqliklari orasida temperaturaning farqi mavjud bo'lganda, elektrik potentsial (yoki voltage) yaratilishi. Shu potentsial temperaturaning farqiga va ishlatilgan materialga bog'liq bo'lib, unga proporsionaldir.

Masalan, termopara Seebeck effektidan foydalanib temperaturani o'lchash uchun ishlatiladigan qurilma. U ikkita turli metallardan (masalan, mos va temir) iborat ixtiyoriy qatorlardan iborat. Ularning boshqaruv qismi issiq manbalarga (masalan, olovga) va boshqa qismi sovuq manbalarga (masalan, muz suyug'iga) joylashtiriladi. Qatorlarning uchlari orasidagi temperaturaning farqi ular orasida voltage yaratadi, bu voltmetr yordamida o'lchanadi.

Seebeck effekti hamda savdo issiqtan elektr energiyasini yaratish uchun ishlatilishi mumkin. Termoelektrik generator - bu bir nechta termoparalardan iborat qurilma. Termoparalarning issiq qismi issiq manbalarga (masalan, dvigatelga yoki pechniga) va sovuq qismi sovuq manbalarga (masalan, havo yoki suvga) ulanadi. Qatorlarning uchlari orasidagi temperaturaning farqi voltajni yaratadi, bu voltaj elektrik yukni (masalan, lampochka yoki ventilator) ta'minlashi mumkin.

Seebeck effekti qanday ishlaydi?

Seebeck effekti elektronlar konduktorlar va poluprovodniklardagi xarakteriga qarab tushuntirilishi mumkin. Elektronlar bu materialarda bepul harakat qiladigan salbiy zaryadga ega bo'lgan zarrachalar. Konduktor yoki poluprovodnik issitilsa, uning elektronlari ko'proq kinetik energiya olib, tezroq harakat qilishga meyllanadi. Bu esa ularni issiq maydonidan sovuq maydongacha diffuziya qilishga sabab bo'lib, elektr energiyasini yaratadi.

Bu yerda, turli materiallardagi elektronlar soni va turlari farqlanadi. Ba'zi materiallarda ba'sha elektronlar mavjud, ba'zi materiallardagi elektronlarning spin orientatsiyalari farqlanadi. Spin - bu elektronlarning kvant xususiyati, bu ularni kichik magnitlar kabi ishlashga majbur qiladi. Har xil elektron xarakteristikaga ega ikki material birgalansa, ular orasida elektronlar energiya va spin almashtirish uchun interfeys yaratadi.

Seebeck effekti ikki bunday interfeysning harorat farqi ostida yuz beradi. Issiq interfeystdagi elektronlar issiq manbadan energiya va spinni oladi va ularni sovuq interfeysga o'tkazadi. Bu jarayon interfeyslar orasida zaryad va spin imbalansini yaratadi, bu esa elektr potentsial va magnit maydonini yaratadi. Elektr potentsial loyihani orqali elektr energiyasini ta'minlaydi, magnit maydon esa uni yaqinidagi kompas iglasini sur'atlaydi.

Seebeck effektining qanday qo'llanmalari bor?

Seebeck effekti fan, inzheneriya va texnologiyada juda ko'p qo'llaniladi. Bu qo'llanmalar orasida:

• Termoparlar: Bu qurilmalar Seebeck effektidan foydalanib, aniq va sezgirlik bilan haroratni o'lchaydi. Ular endustriyada, laboratoriyalarda va uy-hovliklarda turli maqsadlar uchun ishlatiladi, masalan, pechni boshqarish, dvigatellarni nazorat qilish, tanadagi haroratni o'lchash va hokazo.

• Termoelektr generatsionalar: Bu qurilmalar Seebeck effektidan foydalanib, tortib ketgan issiqni elektr energiyasiga aylantiradi. Ular kosmos apparatlari, uzoq masofadagi sensorlar, tibbiy implantlar va hokazo uchun ishlatiladi.

• Spin kaloritronika: Bu fizikaning shu sohasi issiq va spinningning magnit materiallardagi o'zaro ta'sirini o'rganadi. Seebeck effekti ushbu sohada muhim rol o'ynaydi, chunki u temperaturaviy gradientlardan spin aralashuvlarini va voltajni yaratishi mumkin. Bu yangi ma'lumotlarni o'qish va saqlash uchun qurilmalar, masalan, spin batareya, spin tranzistor, spin klapanlar va hokazo yaratishga olib keladi.

Seebeck effektining qanday afzalliklari va cheklanishlari bor?

Seebeck effektining quyidagi afzalliklari va cheklanishlari bor, ular uning samaradorligini va effektivligini ta'sir qiladi:

• Afzalliklar: Seebeck effekti sodda, ishonchli va universal. U hech qanday harakat qiluvchi qismlarga yoki tashqi energiya manbalari kerak emas. U keng diapazonli harorat va materiallar ustida ishlay oladi. U tortib ketgan past darajadagi issiq manbalardan elektr energiyasini yaratishi mumkin.

• Chegaralar: Seebeck effekti materiallarning mavjudligi va moslashuvchanligiga bog'liq. Bu effekt uchun elektr tashish imkoniyati yuqori bo'lgan va issiq tashish imkoniyati past bo'lgan materiallar talab qilinadi, shunda yuqori voltaj va past issiq yo'qotishni ko'rib chiqish mumkin. Shuningdek, bu effekt uchun farqli Seebeck koeffitsiyentlari bo'lgan materiallar kerak, chunki ular o'rtasidagi temperaturaning farqi orqali voltaj ayirmasini yaratishga imkon beradi. Seebeck koeffitsiyenti - bu berilgan materialning birlik temperaturaning farqiga to'g'ri keladigan necha voltaj yaratishini o'lchovchi xususiyat. Seebeck koeffitsiyenti zaryad egasilar turining va kontsentratsiyasining, ularning energiya darajasining va ularning kristal tizim bilan munosabatining asosida o'zgaradi. Seebeck koeffitsiyenti temperatura, kompozitsiya va magnit maydoniga bog'liq bo'lib o'zgarishi mumkin. Yuqori va stabil Seebeck koeffitsiyentlari bo'lgan materiallarni topish - bu termoelektrik qo'llanmalari uchun muammolardan biridir.

Seebeck effekti uchun qanday turdagi materiallardan foydalaniladi?

Seebeck effekti uchun ishlatiladigan materiallarni metallar, poluprovodniklar va superprovodniklar deb uch guruhga bo'lish mumkin.

• Metallar: Metallar hem elektr, hem issiq tashishda yaxshi provodniklar. Ular past Seebeck koeffitsiyenti va yuqori issiq tashish imkoniyatiga ega, bu esa ularni termoelektrik qo'llanmalar uchun nisbatan samarali emas qiladi. Ammo, metallar ishlab chiqarish va ulash uchun oson, shuningdek, ular yuqori mekhanik kuchli va barqaror. Metallar aniqlik va barqarorlik aniqroq bo'lgan joylarda, masalan, termoparalarda keng tarqalgan. Termoparalar uchun ishlatiladigan ba'zi metall juftliklari quyidagilar: misk-konstantan, demir-konstantan, khromel-alumel va hokazo.

• Poluprovodniklar: Poluprovodniklar - bu dastlabki elektr tashish imkoniyatiga ega bo'lgan materiallar, ularni dozdash yoki elektr maydon o'rnatish orqali boshqarilishi mumkin. Ular metallardan yuqori Seebeck koeffitsiyenti va pastroq issiq tashish imkoniyatiga ega, bu esa ularni termoelektrik qo'llanmalar uchun samaraliroq qiladi. Ammo, poluprovodniklar ishlab chiqarish va ulash uchun qiyinroq, shuningdek, ular metallardan pastroq mekhanik kuch va barqarorlikka ega. Poluprovodniklar samarali va namoyonlik aniqroq bo'lgan joylarda, masalan, termoelektrik generadorlarda va sovutgichlarda keng tarqalgan. Termoelektrik qurilmalar uchun ishlatiladigan ba'zi poluprovodnik juftliklari quyidagilar: bizmut tellurid-antimon tellurid, qurghon tellurid-silik germanium va hokazo.

• Superprovodniklar: Superprovodniklar - bu kritik temperaturadan pastroq temperaturada nol elektr zidlik ga ega bo'lgan materiallar. Ular juda yuqori Seebeck koeffitsiyenti va juda past issiq tashish imkoniyatiga ega, bu esa ularni termoelektrik qo'llanmalar uchun ideal qiladi. Ammo, superprovodniklar juda seyr va qimmat, shuningdek, ularning ishlash uchun juda past temperaturaga ehtiyoj bor, bu esa ularning amaliy qo'llanilishini cheklaydi. Superprovodniklar asosan tadqiqot maqsadlari uchun ishlatiladi, masalan,  spin Seebeck effekti ni o'rganish, bu esa magnetik materialda temperaturaning farqidan spin voltaj yaratishini o'z ichiga oladi.

Xulosa

Seebeck effekti - bu eng ilg'or o'qibatdir, bu o'qibat temperaturaning farqidan elektr voltajini va aksincha yaratadi. U fan, inshootshunoslik va texnologiyada, masalan, termoparalar, termoelektrik generadorlar, termoelektrik sovutgichlar va spin kaloritronikada keng qo'llaniladi. Seebeck effekti ishlatiladigan materiallardan, ularning elektr tashish imkoniyatidan, issiq tashish imkoniyatidan va Seebeck koeffitsiyentidan bog'liq. Yuqori va stabil Seebeck koeffitsiyentlari bo'lgan materiallarni topish - bu termoelektrik qurilmalar samaradorligini va namoyonligini yaxshilash uchun muammolardan biridir.

E'lon: Asl ma'lumotlarga hurmat qiling, yaxshi maqolalar ulashishga xos, agar huquqlar buzilsa, iltimos, o'chirib tashlash uchun bog'laning.