Seebeck-effekten

Seebeck-effekten er et fænomen, hvor en spænding opstår mellem enderne af en ledere, når temperaturen på den ene ende er forskellig fra temperaturen på den anden ende. Den er opkaldt efter den tyske fysiker Thomas Johann Seebeck, der først beskrev det i begyndelsen af 1800-tallet.

Definer Seebeck-effekten?

Seebeck-effekten bygger på, at bevægelsen af ladningsbærere, såsom elektroner, i en leder genererer varme. Når der anvendes en temperaturforskel over en leder, har ladningsbærerne ved den varme ende mere kinetisk energi end dem ved den kolde ende, hvilket fører til en netto strøm af ladning fra den varme ende til den kolde ende. Denne strøm af ladning skaber en spænding over ledere, som kan måles med en spændningsmåler.

Størrelsen på den spænding, der opstår gennem Seebeck-effekten, er proportional med temperaturforskellen over ledere og egenskaberne af ledere selv. Forskellige materialer har forskellige Seebeck-koefficienter, der beskriver den spænding, der genereres pr. enhed temperaturforskel.

Seebeck-effekten er grundlaget for funktionen af termoelektriske generatorer, der er enheder, der konverterer varme til elektricitet. De fungerer ved at bruge Seebeck-effekten til at generere en spænding over en leder, og derefter bruger denne spændning til at dyrke en strøm gennem en ekstern belastning, såsom en pære eller en batteri.

Seebeck-koefficienten:

Seebeck-koefficienten er den spænding, der produceres mellem to punkter på en leder, når der opretholdes en temperaturforskel på 1 Kelvin mellem dem. Ved rumtemperatur har en kombination af kobber og constantan en Seebeck-koefficient på 41 mikrovolt per Kelvin.

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

Hvor,

• ΔV betegner spændingsforskellen, der opnås ved at indføre en lille temperaturændring (ΔT) langs materialet.

• ΔV defineres som spændingen på den kolde side minus spændingen på den varme side.

Hvis forskellen mellem Vcold og Vhot er negativ, er Seebeck-koefficienten negativ.

Hvis ΔT anses for at være lille.

Derfor kan vi definere Seebeck-koefficienten som den første afledte af den producerede spænding med hensyn til temperaturen:

S = d V /d T

Spin Seebeck-effekten:

Det blev dog opdaget i 2008, at når varme anvendes på et magnetisk metal, omsorterer dens elektroner sig ifølge deres spin. Dette omsortering var dog ikke ansvarlig for genereringen af varme. Dette fænomen er det samme som spin Seebeck-effekten. Denne effekt blev anvendt i oprettelsen af hurtige og effektive mikroswitches.

Hvorfor stiger Seebeck-koefficienten med stigende temperatur?

Elektrisk ledningsevne stiger med stigende temperatur, viser halvlederlige egenskaber. Den høje Seebeck-koefficient og lave elektriske ledningsevne hos CuAlO2 skyldes ladningshullernes høje effektive masse.

Hvilken sensor registrerer Seebeck-effekten?

Termoparret er en elektrisk enhed, der består af to forskellige metaller forbundet sammen. Det anvendes som en temperatursensor. Det fungerer ud fra Seebeck-effekten.

Anvendelser af Seebeck-effekten:

• Termoelektriske generatorer har en række potentielle anvendelser, herunder strømfremstilling til fjerne eller off-grid lokationer, affaldsvarmeopfang, og temperaturmåling. De er især nyttige i situationer, hvor andre former for strømfremstilling ikke er praktiske, såsom i rumfartøj eller i fjerne områder, hvor adgang til brændstof er begrænset.

• Denne Seebeck-effekt anvendes ofte i termopar til at måle temperaturforskelle eller til at aktivere elektriske switcher, der tænder eller slukker systemet. Ofte anvendte kombinationer af termopar-metaller inkluderer constantan/kobber, constantan/jern, constantan/krom, og constantan.

• Seebeck-effekten anvendes i termoelektriske generatorer, der fungerer som varmekraftmaskiner.

• De anvendes også i nogle kraftværker til at konvertere affaldsvarme til ekstra strøm.

• Udover deres anvendelse i termoelektriske generatorer har Seebeck-effekten og relaterede fænomener, såsom Peltier-effekten og Thomson-effekten, en række andre anvendelser i felter som temperaturmåling og termofysik. De anvendes også i studiet af termoelektriske materialer og enheder.

Begrænsninger af Seebeck-effekten:

En ulempe ved termoelektriske generatorer er, at de ikke er særligt effektive. Effektiviteten af en termoelektrisk generator måles typisk ved dens figure of merit, som er en måling af enhedens evne til at konvertere varme til elektricitet. De fleste termoelektriske generatorer har en figure of merit under 1, hvilket betyder, at de konverterer mindre end 1% af den varme, de absorberer, til elektricitet. Denne lave effektivitet begrænser de praktiske anvendelser af termoelektriske generatorer, men forskere arbejder på at udvikle nye materialer og design, der muligvis kan forbedre deres effektivitet i fremtiden.

Erklæring: Respekter det originale, godt indhold fortjener at deles, hvis der er krænkelse kontakt os for sletning.