ظاهرة سيبيك

ظاهرة سيبيك هي ظاهرة توليد فرق جهد بين طرفي موصل عندما يكون درجة الحرارة في أحد الطرفين مختلفة عن درجة الحرارة في الطرف الآخر. سميت على اسم الفيزيائي الألماني توماس يوهان سيبيك، الذي وصفها لأول مرة في أوائل القرن التاسع عشر.

ما هي ظاهرة سيبيك؟

تعتمد ظاهرة سيبيك على حقيقة أن حركة حاملي الشحنة، مثل الإلكترونات، في الموصل تولد حرارة. عندما يتم تطبيق فرق في درجة الحرارة عبر الموصل، تكون حاملي الشحنة في الطرف الساخن لديهم طاقة كينية أكبر من تلك الموجودة في الطرف البارد، مما يؤدي إلى تدفق شحنة صافي من الطرف الساخن إلى الطرف البارد. هذا التدفق للشحنة يخلق فرق جهد عبر الموصل، يمكن قياسه باستخدام مقياس الجهد.

يكون حجم الجهد المولد بواسطة ظاهرة سيبيك متناسبًا مع فرق درجات الحرارة عبر الموصل وخصائص الموصل نفسه. تحتوي المواد المختلفة على معاملات سيبيك مختلفة، والتي تصف الجهد المولد لكل وحدة من فرق درجات الحرارة.

تعتبر ظاهرة سيبيك أساس عمل المولدات الحرارية الكهربية، وهي أجهزة تقوم بتحويل الحرارة إلى كهرباء. تعمل هذه الأجهزة عن طريق استخدام ظاهرة سيبيك لتوليد فرق جهد عبر الموصل، ثم استخدام هذا الجهد لدفع تيار عبر الحمل الخارجي، مثل المصباح الكهربائي أو البطارية.

معامل سيبيك:

معامل سيبيك هو الجهد المولد بين نقطتين على موصل عندما يتم الحفاظ على فرق في درجة الحرارة بمقدار 1 درجة كلفن بينهما. عند درجة حرارة الغرفة، يكون معامل سيبيك لمجموعة النحاس والكونستانان 41 ميكرو فولت لكل كلفن.

S = ΔV/ΔT = (Vcold − Vhot)/(Thot-Tcold)

حيث،

• ΔV يشير إلى فرق الجهد الناتج عن تقديم تغيير صغير في درجة الحرارة (ΔT) على طول المادة.

• ΔV يتم تعريفه بأنه الجهد على الجانب البارد ناقص الجهد على الجانب الساخن.

إذا كان الفرق بين Vcold و Vhot سالبًا، فإن معامل سيبيك يكون سالبًا.

إذا تم اعتبار ΔT صغيرًا.

وبالتالي، يمكننا تعريف معامل سيبيك بأنه المشتق الأول للجهد المولد بالنسبة لدرجة الحرارة:

S = d V /d T

ظاهرة سيبيك الدوارة:

ومع ذلك، تم اكتشاف أنه في عام 2008، عندما يتم تطبيق الحرارة على معدن مغناطيسي، تتوزع إلكتروناته وفقًا لدورانها. ومع ذلك، لم يكن هذا الترتيب مسؤولاً عن توليد الحرارة. هذه الظاهرة هي نفسها ظاهرة سيبيك الدوارة. استخدمت هذه الظاهرة في إنشاء مفاتيح دقيقة وفعالة.

لماذا يزداد معامل سيبيك مع زيادة درجة الحرارة؟

يزداد التوصيل الكهربائي مع زيادة درجة الحرارة، مما يظهر خصائص نصف موصل. يعود السبب في معامل سيبيك العالي والتوصيل الكهربائي المنخفض لـ CuAlO2 إلى الكتلة الفعالة العالية لثقوب الشحن.

أي مستشعر يكشف عن ظاهرة سيبيك؟

المقاطع الحرارية هي جهاز كهربائي يتكون من مفصلين من معدنين مختلفين متصلين معًا. يستخدم كمستشعر للحرارة. يعمل على مبدأ ظاهرة سيبيك.

تطبيقات ظاهرة سيبيك:

• للمولدات الحرارية الكهربية العديد من التطبيقات المحتملة، بما في ذلك توليد الطاقة للمواقع البعيدة أو خارج الشبكة، واستعادة الحرارة المهدرة، وقياس درجة الحرارة. فهي مفيدة بشكل خاص في الحالات التي لا تكون فيها أشكال أخرى لتوليد الطاقة عملية، مثل في المركبات الفضائية أو في المناطق النائية حيث يكون الوصول إلى الوقود محدودًا.

• تستخدم ظاهرة سيبيك بشكل متكرر في المقاطع الحرارية لقياس الاختلافات في درجة الحرارة أو لتشغيل المفاتيح الكهربائية التي تشغل أو تغلق النظام. تشمل تركيبات المعادن المستخدمة في المقاطع الحرارية الكونستانان والنحاس، الكونستانان والحديد، الكونستانان والكروم، والكونستانان.

• تستخدم ظاهرة سيبيك في المولدات الحرارية الكهربية، التي تعمل كمحركات حرارية.

• وتستخدم أيضًا في بعض محطات الطاقة لتحويل الحرارة المهدرة إلى طاقة إضافية.

• بالإضافة إلى استخدامها في المولدات الحرارية الكهربية، تستخدم ظاهرة سيبيك والظواهر ذات الصلة، مثل ظاهرة بيلتييه وظاهرة تومسون، في العديد من التطبيقات الأخرى في مجالات مثل قياس الحرارة والفيزياء الحرارية. كما تستخدم أيضًا في دراسة المواد والأجهزة الحرارية الكهربية.

قيود ظاهرة سيبيك:

من عيوب المولدات الحرارية الكهربية أنها ليست فعالة جدًا. يتم قياس كفاءة المولد الحراري الكهربائي عادةً بواسطة مؤشر جودته، وهو قياس لقدرة الجهاز على تحويل الحرارة إلى كهرباء. معظم المولدات الحرارية الكهربية لها مؤشر جودة أقل من 1، مما يعني أنها تحول أقل من 1٪ من الحرارة التي تمتصها إلى كهرباء. تحد هذه الكفاءة المنخفضة من التطبيقات العملية للمولدات الحرارية الكهربية، ولكن الباحثون يعملون على تطوير مواد وتصميمات جديدة قد تحسن كفاءتها في المستقبل.

بيان: احترم الأصلي، المقالات الجيدة تستحق المشاركة، إذا كانت هناك انتهاك يرجى التواصل للحذف.