Seebecki efekt

Seebecki efekt on nähtus, kus joonte lõpudel tekib pinge, kui ühe lõpu temperatuur on erinev teise lõpu temperatuurist. See on nimetatud saksa füüsiku Thomas Johann Seebecki järgi, kes kirjeldas seda esmakordselt 19. sajandi alguses.

Mida on Seebecki efekt?

Seebecki efekt põhineb asjaolul, et laetuse kandjate, nagu elektronide liikumine joontes toob kaasa soojuse. Kui joonile rakendatakse temperatuuri-erinevus, siis külmema lõpu laetuse kandjad omavad vähem kinetilist energiat kui soojema lõpu kandjad, mis viib netto laetuse voogu soojemast lõpust külmema lõpu suunas. See laetuse voog loob joonile pinget, mida võib mõõta voltmeteriga.

Seebecki efektiga genereeritud pinge suurus on proportsionaalne joone lõpude vahelise temperatuuri-erinevusega ja joone omadustega. Eri materjalidel on erinevad Seebecki koefitsiendid, mis kirjeldavad genereeritud pinge suurust ühiku temperatuuri-erinevuse kohta.

Seebecki efekt on termoelektriliste generaatorite tööpõhimõtte alus, mis on seadmed, mis teisendavad soojust elektrivooluks. Nad töötavad kasutades Seebecki efekti, et genereerida pinget joonile, ja seejärel kasutab seda pinget, et selle abil juhtida elektrivoolu välise ladina, näiteks valgustit või akku läbi.

Seebecki koefitsient:

Seebecki koefitsient on pinge, mis tekib kahel punktil joonel, kui nende vahel säilitatakse 1 kelvini temperatuuri-erinevus. Tavalisel temperatuuril on näiteks kupari-konstantani kombinatsiooni Seebecki koefitsient 41 mikrovolti kelvini kohta.

S = ΔV/ΔT = (Vkülm − Vsoe)/(Tsoe-Tkülm)

Kus,

• ΔV tähendab pingeerinevust, mille saamiseks materjalile rakendatakse väike temperatuuri muutus (ΔT).

• ΔV defineeritakse kui külmama lõpu pinge miinus soojema lõpu pinge.

Kui Vkülm ja Vsoe vaheline erinevus on negatiivne, siis on Seebecki koefitsient negatiivne.

Kui ΔT on väike.

Seega saame määratleda Seebecki koefitsiendi kui genereeritud pinge esimest tuletist temperatuuri suhtes:

S = d V /d T

Spin-Seebecki efekt:

Aga 2008. aastal avastati, et kui magnetilise metalli peale rakendatakse soojust, siis tema elektronid uuestiordunevad vastavalt nende spiinile. Siiski ei olnud see uuestiordunemine vastutav soojuse genereerimise eest. See nähtus on sama, mis spin-Seebecki efekt. Selle efekti kasutasid kiirete ja tõhusate mikro-lüliti loomisel.

Miks Seebecki koefitsient kasvab temperatuuri tõusuga?

Elektrijuhtivus kasvab temperatuuri tõusuga, näitades pooljuhtlikke omadusi. CuAlO2 kõrge Seebecki koefitsient ja madal elektrijuhtivus on tingitud laetuse aukide kõrgest efektiivsest massist.

Milline sensor tuvastab Seebecki efekti?

Termopaar on elektriline seade, mis koosneb kahest erinevast metalli ühendust, mis on kokku liidetud. Seda kasutatakse temperatuuri sensorina. See töötab Seebecki efekti põhimõttel.

Seebecki efekti rakendused:

• Termoelektrilised generaatorid on potentsiaalsed rakendused, sealhulgas energia tootmine eemalolevates või võrgust väljaspool olevates asukohtades, jääksoojuse taaskasutamine ja temperatuuri mõõtmine. Need on eriti kasutajasituatsioonides, kus muud elektri tootmise viisid ei ole praktikased, näiteks kosmoselaevadel või eemalolevates piirkondades, kus kütuse ligipääs on piiratud.

• Seebecki efekti kasutatakse tihti termopaarides, et mõõta temperatuuri muutusi või aktiveerida elektrilisi lülite, mis lülitavad süsteemi sisse või välja. Tavaliselt kasutatavate termopaari metallikombinatsioonide hulka kuuluvad constantan/kupar, constantan/raud, constantan/krom ja constantan.

• Seebecki efekti kasutatakse termoelektrilistes generaatorites, mis toimivad soojusmoottoridena.

• Neid kasutatakse ka mõnes elektrijaamas, et teisendada jääksoojust lisaelektriks.

• Lisaks nende kasutamisele termoelektrilistes generaatorites, on Seebecki efekt ja sellega seotud nähtused, nagu Peltieri efekt ja Thomsoni efekt, levinud rakendused termomeetrias ja termofüüsikas. Neid kasutatakse ka termoelektriliste materjalide ja seadmete uurimisel.

Seebecki efekti piirangud:

Üks termoelektriliste generaatorite puudus on nende ebapiisav tõhusus. Termoelektrilise generaatori tõhusust mõõdetakse tavaliselt tema figure of merit (FOM) väärtusega, mis on seadme võimet mõõda soojuse elektrivooluks teisendamiseks. Enamik termoelektriliste generaatorite FOM väärtus on vähem kui 1, mis tähendab, et nad teisendavad vähem kui 1% neile absorbeeritud soojuse elektrivooluks. See madal tõhusus piirab termoelektriliste generaatorite praktilisi rakendusi, kuid uurijad töötavad välja uusi materjale ja disaineid, mis võivad tulevikus parandada nende tõhusust.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.