اثر زیبک

اثر زیبک یک پدیده است که در آن یک ولتاژ بین دو انتهاي رسانا تولید می‌شود هنگامی که دمای یک انتها با دمای انتهای دیگر متفاوت است. این اثر به نام فیزیکدان آلمانی توماس یوهان زیبک نامگذاری شده است که اولین بار آن را در اوایل قرن ۱۹ میلادی توصیف کرد.

تعریف اثر زیبک؟

اثر زیبک بر اساس این واقعیت است که حرکت حامل‌های بار، مانند الکترون‌ها، در یک رسانا گرما تولید می‌کند. هنگامی که یک اختلاف دما به یک رسانا اعمال می‌شود، حامل‌های بار در انتهای گرم دارای انرژی جنبشی بیشتری نسبت به حامل‌های بار در انتهای سرد هستند، که منجر به جریان خالص بار از انتهای گرم به انتهای سرد می‌شود. این جریان بار یک ولتاژ در رسانا تولید می‌کند که می‌توان آن را با استفاده از ولتمتر اندازه‌گیری کرد.

مقدار ولتاژ تولید شده توسط اثر زیبک متناسب با اختلاف دما در رسانا و ویژگی‌های خود رسانا است. مواد مختلف ضرایب زیبک مختلفی دارند که ولتاژ تولید شده بر واحد اختلاف دما را توصیف می‌کنند.

اثر زیبک پایه عملکرد ژنراتورهای ترمیک-الکتریکی است که دستگاه‌هایی هستند که گرما را به برق تبدیل می‌کنند. آنها با استفاده از اثر زیبک یک ولتاژ در یک رسانا تولید می‌کنند و سپس آن ولتاژ را برای عبور جریان از یک بار خارجی، مانند یک لامپ یا یک باتری، استفاده می‌کنند.

ضریب زیبک:

ضریب زیبک ولتاژ تولید شده بین دو نقطه در یک رسانا است وقتی که یک اختلاف دما ۱ کلوین بین آنها حفظ می‌شود. در دمای اتاق، یک ترکیب مس-کانتان ثابت یک ضریب زیبک ۴۱ میکروولت بر کلوین دارد.

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

که در آن،

• ΔV نشان‌دهنده اختلاف ولتاژ حاصل از ایجاد یک تغییر کوچک در دما (ΔT) در طول ماده است.

• ΔV به عنوان ولتاژ در انتهای سرد منهای ولتاژ در انتهای گرم تعریف می‌شود.

اگر اختلاف بین Vcold و Vhot منفی باشد، ضریب زیبک منفی است.

اگر ΔT به عنوان کوچک در نظر گرفته شود.

در نتیجه، می‌توانیم ضریب زیبک را به عنوان مشتق اول ولتاژ تولید شده نسبت به دما تعریف کنیم:

S = d V /d T

اثر زیبک چرخشی:

با این حال، در سال ۲۰۰۸ کشف شد که هنگامی که گرما به یک فلز مغناطیسی اعمال می‌شود، الکترون‌های آن بر اساس چرخش خود بازآرایی می‌یابند. با این حال، این بازآرایی مسئول تولید گرما نبود. این پدیده همان اثر زیبک چرخشی است. این اثر در ساخت سوئیچ‌های میکروی سریع و کارآمد استفاده شده است.

چرا ضریب زیبک با افزایش دما افزایش می‌یابد؟

رسانایی الکتریکی با افزایش دما افزایش می‌یابد و ویژگی‌های نیمه‌رسانا را نشان می‌دهد. ضریب زیبک بالا و رسانایی الکتریکی پایین CuAlO2 به دلیل جرم مؤثر بالای حفره‌های باری است.

چه حسگری اثر زیبک را تشخیص می‌دهد؟

حرارت‌سنج دو‌فلزی یک دستگاه الکتریکی است که شامل دو اتصال فلزی متفاوت است که با هم متصل شده‌اند. این دستگاه به عنوان یک حسگر دما استفاده می‌شود. آن بر اساس اصل اثر زیبک کار می‌کند.

کاربردهای اثر زیبک:

• ژنراتورهای ترمیک-الکتریکی کاربردهای پتانسیل متعددی دارند، از جمله تولید برق برای مکان‌های دور یا بدون شبکه، بازیافت گرما و اندازه‌گیری دما. آنها به ویژه در موقعیت‌هایی که سایر شکل‌های تولید برق عملی نیستند، مانند در فضاپیماها یا در مناطق دورافتاده که دسترسی به سوخت محدود است، مفید هستند.

• این اثر زیبک به طور معمول در حرارت‌سنج‌های دو‌فلزی برای اندازه‌گیری تغییرات دما یا برای فعال کردن سوئیچ‌های الکتریکی که سیستم را روشن یا خاموش می‌کنند، استفاده می‌شود. ترکیبات فلزی حرارت‌سنج‌های دو‌فلزی که معمولاً استفاده می‌شوند شامل کانتان / مس، کانتان / آهن، کانتان / کروم و کانتان هستند.

• اثر زیبک در ژنراتورهای ترمیک-الکتریکی استفاده می‌شود که به عنوان موتورهای گرما عمل می‌کنند.

• این ژنراتورها همچنین در برخی از نیروگاه‌ها برای تبدیل گرما باقیمانده به برق اضافی استفاده می‌شوند.

• به علاوه استفاده آنها در ژنراتورهای ترمیک-الکتریکی، اثر زیبک و پدیده‌های مرتبط با آن، مانند اثر پلتیر و اثر تامسون، کاربردهای متعدد دیگری در زمینه‌هایی مانند حرارت‌سنجی و ترموفیزیک دارند. آنها همچنین در مطالعه مواد و دستگاه‌های ترمیک-الکتریکی استفاده می‌شوند.

محدودیت‌های اثر زیبک:

یکی از معایب ژنراتورهای ترمیک-الکتریکی این است که بسیار کارآمد نیستند. کارایی یک ژنراتور ترمیک-الکتریکی معمولاً با معیار عملکرد آن اندازه‌گیری می‌شود که میزان توانایی دستگاه برای تبدیل گرما به برق را نشان می‌دهد. بیشتر ژنراتورهای ترمیک-الکتریکی یک معیار عملکرد کمتر از ۱ دارند، به این معنی که آنها کمتر از ۱٪ از گرما را که جذب می‌کنند به برق تبدیل می‌کنند. این کارایی پایین محدودیت‌های کاربردی ژنراتورهای ترمیک-الکتریکی را تعیین می‌کند، اما پژوهشگران در حال کار بر روی توسعه مواد و طراحی‌های جدید هستند که ممکن است کارایی آنها را در آینده بهبود ببخشند.

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