Seebeckův jev

Seebeckův jev je fenomén, při kterém se mezi konci vodiče vygeneruje napětí, pokud je teplota na jednom konci odlišná od teploty na druhém konci. Je pojmenován po německém fyzikovi Thomasu Johannu Seebeckovi, který ho poprvé popsala na počátku 19. století.

Co je Seebeckův jev?

Seebeckův jev je založen na skutečnosti, že pohyb nosičů náboje, jako jsou elektrony, v vodiči generuje teplo. Když je na vodič aplikován rozdíl teplot, nosiče náboje na horkém konci mají více kinetické energie než ty na chladném konci, což vede k netočivému toku náboje od horkého konce k chladnému konci. Tento tok náboje vytváří napětí napříč vodičem, které lze změřit pomocí voltmetru.

Velikost napětí vygenerovaného Seebeckovým jevem je úměrná rozdílu teplot napříč vodičem a vlastnostem samotného vodiče. Různé materiály mají různé Seebeckovy koeficienty, které popisují vygenerované napětí za jednotku rozdílu teplot.

Seebeckův jev je základem fungování termoelektrických generátorů, které jsou zařízeními, která převádějí teplo na elektrickou energii. Tyto zařízení fungují tak, že používají Seebeckův jev k vygenerování napětí napříč vodičem a pak toto napětí používají k pohonu proudu přes externí zátěž, jako je svítidlo nebo baterie.

Seebeckův koeficient:

Seebeckův koeficient je napětí vygenerované mezi dvěma body na vodiči, když je udržován rozdíl teplot 1 kelvin. Při pokojové teplotě kombinace měď-konstantan má Seebeckův koeficient 41 mikrovoltů na kelvin.

S = ΔV/ΔT = (Vchladný − Vhorký)/(Thorký-Tchladný)

Kde,

• ΔV znamená rozdíl napětí získaný zavedením malé změny teploty (ΔT) podél materiálu.

• ΔV je definován jako napětí na chladné straně minus napětí na horké straně.

Pokud je rozdíl mezi Vchladný a Vhorký záporný, Seebeckův koeficient je záporný.

Pokud je ΔT považován za malý.

Jako výsledek můžeme definovat Seebeckův koeficient jako první derivaci vygenerovaného napětí s ohledem na teplotu:

S = d V /d T

Spinový Seebeckův jev:

V roce 2008 bylo však zjištěno, že když je na magnetický kov aplikováno teplo, jeho elektrony se přeskupí podle svého spinu. Toto přeskupení však nebylo zodpovědné za vytváření tepla. Tento jev je stejný jako spinový Seebeckův jev. Tento jev byl využit při vytváření rychlých a efektivních mikropřepínačů.

Proč Seebeckův koeficient stoupá s rostoucí teplotou?

Elektrická vodivost stoupá s rostoucí teplotou, což ukazuje polovodičové vlastnosti. Vysoký Seebeckův koeficient a nízká elektrická vodivost CuAlO2 jsou způsobeny vysokou efektivní hmotností nosičů náboje.

Který senzor detekuje Seebeckův jev?

Termopár je elektrické zařízení, které se skládá ze dvou spojení různých kovů. Je používán jako teplotní čidlo. Funguje na principu Seebeckova jevu.

Aplikace Seebeckova jevu:

• Termoelektrické generátory mají mnoho potenciálních aplikací, včetně výroby elektřiny pro vzdálená nebo odpojená místa, získání odpadního tepla a měření teploty. Jsou obzvláště užitečné v situacích, kdy jiné formy výroby elektřiny nejsou praktické, jako v kosmických lodích nebo na vzdálených místech, kde je přístup k palivu omezený.

• Tento Seebeckův jev je často využíván v termopárech k měření změn teploty nebo k aktivaci elektrických spínačů, které zapínají nebo vypínají systém. Běžně používané kombinace kovů termopárů zahrnují konstantan/měď, konstantan/železo, konstantan/chrom a konstantan.

• Seebeckův jev je využíván v termoelektrických generátorech, které slouží jako tepelné motory.

• Tyto jsou také využívány v některých elektrárnách k převodu odpadního tepla na dodatečnou elektřinu.

• Kromě jejich využití v termoelektrických generátorech mají Seebeckův jev a související jevy, jako je Peltierův jev a Thomsonův jev, mnoho dalších aplikací v oblastech, jako je termometrie a termofyzika. Jsou také používány ve studiu termoelektrických materiálů a zařízení.

Omezení Seebeckova jevu:

Jedním z nedostatků termoelektrických generátorů je, že nejsou velmi efektivní. Efektivita termoelektrického generátoru se obvykle měří jeho charakteristikou, která je měřítkem schopnosti zařízení převádět teplo na elektřinu. Většina termoelektrických generátorů má charakteristiku menší než 1, což znamená, že převádí méně než 1 % absorbovaného tepla na elektřinu. Tato nízká efektivita omezuje praktické aplikace termoelektrických generátorů, ale výzkumníci pracují na vývoji nových materiálů a návrhů, které by mohly v budoucnu zlepšit jejich efektivitu.

Poznámka: Respektujte původ, dobaře psané články jsou hodné sdílení, pokud dojde k porušení autorských práv, prosím, kontaktujte nás pro jejich odstranění.