Seebeck-efekti

Seebeck-efekti on ilmiö, jossa johtimen päihin syntyy jännite, kun toisen pään lämpötila on erilainen kuin toisen pään. Se on nimetty saksalaisen fyysikon Thomas Johann Seebeckin mukaan, joka kuvaili sitä ensimmäisenä 1900-luvun alussa.

Mikä on Seebeck-efekti?

Seebeck-efekti perustuu siihen tosiasiaan, että laturien, kuten elektronien, liike johtimessa tuottaa lämmön. Kun johtimeen sovelletaan lämpötilaerotusta, kuumen pään laturilla on enemmän kinettistä energiaa kuin kylmän pään laturilla, mikä johtaa nettovirtaan kuumasta pästä kylmään päähän. Tämä laturivirta luo jännitteen johtimessa, jota voidaan mitata volttimetrillä.

Seebeck-efektin tuottaman jännitteen suuruus on verrannollinen johtimen lämpötilaeron ja johtimen ominaisuuksiin. Eri materiaalilla on eri Seebeck-kerroin, joka kuvaa tuotettua jännitettä yksikkölämpötilaeron kohdalla.

Seebeck-efekti on termoelektristen generaattorien toiminnan perusta, jotka ovat laitteita, jotka muuntavat lämpöä sähköksi. Ne toimivat käyttämällä Seebeck-efektia tuottaakseen jännitteen johtimelle ja sitten käyttämällä tätä jännitettä ajamaan virtaa ulkoisella kuormalla, kuten lamppuilla tai akulla.

Seebeck-kerroin:

Seebeck-kerroin on jännite, joka syntyy johtimen kahden pisteen välillä, kun niiden välille ylläpidetään 1 kelvin lämpötilaero. Huoneenlämpötilassa kuparin ja konstantan kombinaatiolla on Seebeck-kerroin 41 mikrovolttia kelviniä kohden.

S = ΔV/ΔT = (Vkylmä − Vkuuma)/(Tkuuma-Tkylmä)

Missä,

• ΔV tarkoittaa jännitteen eroa, joka saadaan ottamalla käyttöön pieni lämpötilamuutos (ΔT) materiaalin pituudessa.

• ΔV määritellään kylmän puolen jännitteeksi miinus kuuman puolen jännite.

Jos erotus Vkylmä ja Vkuuma on negatiivinen, Seebeck-kerroin on negatiivinen.

Jos ΔT pidetään pienänä.

Näin ollen voimme määritellä Seebeck-kerroin jännitteen ensimmäiseksi derivaattana lämpötilan suhteen:

S = d V /d T

Spin-Seebeck-efekti:

Kuitenkin vuonna 2008 havaittiin, että kun lämpöä sovelletaan magneettiseen metalliin, sen elektronit uudelleensijoittuvat spininsa mukaan. Tämä uudelleensijoittuminen ei kuitenkaan ollut vastuussa lämpöntuotokselle. Tämä ilmiö on sama kuin spin-Seebeck-efekti. Tätä efektiä käytettiin nopeiden ja tehokkaiden mikrokytkenttien luomiseen.

Miksi Seebeck-kerroin kasvaa lämpötilan kasvaessa?

Sähköjohtavuus kasvaa lämpötilan kasvaessa, näyttäen puolijuoksevia ominaisuuksia. Korkea Seebeck-kerroin ja alhainen sähköjohtavuus CuAlO2:ssa johtuvat laturiavujen korkeasta tehokasestamäärästä.

Mikä anturi havaitsee Seebeck-efektin?

Termopari on sähkölaite, joka koostuu kahdesta erilaisesta metallista, jotka on yhdistetty yhteen. Sitä käytetään lämpötilaanturina. Se toimii Seebeck-efektin periaatteella.

Seebeck-efektin sovellukset:

• Termoelektriset generaattorit ovat useissa sovelluksissa, kuten etäpaikoissa tai verkon ulkopuolisissa paikoissa, jätelämmön hyödyntämisessä ja lämpötilaanturissa. Ne ovat erityisen hyödyllisiä silloin, kun muut energianlähde vaikeasti saatavilla, kuten avaruusaluksissa tai syrjäisissä alueissa, joissa polttoaineen saatavuus on rajallista.

• Seebeck-efektia käytetään usein termopareissa mittamaan lämpötilamuutoksia tai aktivoida sähköiset kytkimet, jotka kytkentä järjestelmän päälle tai pois. Yleisesti käytetyt termoparin metalliyhdisteet sisältävät constantan/kupari, constantan/rauta, constantan/kromi ja constantan.

• Seebeck-efektia käytetään termoelektrisissä generaattoreissa, jotka toimivat lämmönmoottoreina.

• Nämä käytetään myös joissakin voimaloissa muuntaakseen jätelämmön lisävoimaksi.

• Lisäksi termoelektrisissä generaattoreissa, Seebeck-efektia ja siihen liittyviä ilmiöitä, kuten Peltier-efektiä ja Thomson-efektiä, käytetään monissa sovelluksissa, kuten termometriassa ja termofysiikassa. Niitä käytetään myös termoelektristen materiaalien ja laitteiden tutkimuksessa.

Seebeck-efektin rajoitukset:

Yksi termoelektristen generaattoreiden haittapuoli on, että ne eivät ole erityisen tehokkaita. Termoelektrisen generaattorin tehokkuutta mitataan yleensä sen arvonumerolla, joka kuvaa laitteen kykyä muuntaa lämpöä sähköksi. Useimmat termoelektriset generaattorit ovat arvonumerolla alle 1, mikä tarkoittaa, että ne muuntavat vähemmän kuin 1 % niiden absorboimasta lämpöstä sähköksi. Tämä alhainen tehokkuus rajoittaa termoelektristen generaattoreiden käytännön sovelluksia, mutta tutkijat työskentelevät uusien materiaalien ja suunnitelmien kehittämisessä, jotka saattavat parantaa niiden tehokkuutta tulevaisuudessa.

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