Ang Epekto ng Seebeck

Ang Seebeck effect ay isang fenomeno kung saan lumilikha ng tensyon sa pagitan ng mga dulo ng isang konduktor kapag ang temperatura sa isang dulo ay naiiba mula sa temperatura sa kabilang dulo. Ito ay ipinangalan kay Thomas Johann Seebeck, isang Aleman na pisiko, na unang isinulat ito noong unang bahagi ng ika-19 siglo.

Ano ang Seebeck effect?

Ang Seebeck effect ay batay sa katotohanan na ang paggalaw ng mga carrier ng charge, tulad ng elektron, sa isang konduktor ay lumilikha ng init. Kapag isinaply ang isang pagkakaiba ng temperatura sa pamamagitan ng isang konduktor, ang mga carrier ng charge sa mainit na dulo ay may mas maraming enerhiyang kinetiko kaysa sa mga carrier ng charge sa malamig na dulo, na nagdudulot ng netong paggalaw ng charge mula sa mainit na dulo patungo sa malamig na dulo. Ang paggalaw ng charge na ito ay lumilikha ng tensyon sa konduktor, na maaaring sukatin gamit ang voltmeter.

Ang laki ng tensyon na lumilikha dahil sa Seebeck effect ay proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura sa konduktor at sa mga katangian ng konduktor mismo. Ang iba't ibang materyales ay may iba't ibang Seebeck coefficients, na naglalarawan ng tensyon na lumilikha bawat yunit ng pagkakaiba ng temperatura.

Ang Seebeck effect ang pundasyon ng operasyon ng mga thermoelectric generator, na mga aparato na nagkokonberte ng init sa kuryente. Sila ay gumagana sa pamamagitan ng paggamit ng Seebeck effect upang lumikha ng tensyon sa isang konduktor, at pagkatapos ay gamitin ang tensyon na ito upang mag-drive ng kuryente sa pamamagitan ng isang panlabas na load, tulad ng isang light bulb o battery.

Ang Seebeck Coefficient:

Ang Seebeck coefficient ay ang tensyon na lumilikha sa pagitan ng dalawang punto sa isang konduktor kapag isinaply ang isang pagkakaiba ng temperatura ng 1o Kelvin sa kanila. Sa temperatura ng silid, ang isa pang kombinasyon ng copper constantan ay may Seebeck coefficient na 41 microvolts per Kelvin.

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

Kung saan,

• ΔV ang nagsisilbing voltage difference na nakuhang sa pamamagitan ng pag-introduce ng isang maliit na pagbabago ng temperatura (ΔT) sa materyal.

• ΔV ay inilalarawan bilang ang tensyon sa malamig na dulo minus ang tensyon sa mainit na dulo.

Kapag ang pagkakaiba sa pagitan ng Vcold at Vhot ay negatibo, ang Seebeck coefficient ay negatibo.

Kapag ang ΔT ay itinuturing na maliit.

Bilang resulta, maaari nating ilarawan ang Seebeck coefficient bilang ang unang derivative ng lumikhang tensyon sa relasyon sa temperatura:

S = d V /d T

Ang Spin Seebeck Effect:

Gayunpaman, natuklasan noong 2008 na kapag isinaply ang init sa isang magnetic metal, ang mga elektron nito ay inaayos ayon sa kanilang spin. Ngunit, ang pag-aayos na ito ay hindi ang responsable sa paglikha ng init. Ang fenomeno na ito ay pareho sa spin Seebeck effect. Ang epekto na ito ay ginamit sa paggawa ng mabilis at maaaring mikro switches.

Bakit tumaas ang Seebeck coefficient habang tumaas ang temperatura?

Ang electrical conductivity ay tumaas habang tumaas ang temperatura, nagpapakita ng mga katangian ng semiconductor. Ang mataas na Seebeck coefficient at mababang electrical conductivity ng CuAlO2 ay dahil sa mataas na effective mass ng mga charge holes.

Anong sensor ang nagdedekta ng Seebeck effect?

Ang thermocouple ay isang electrical device na binubuo ng dalawang dissimilar metal joints na pinagsama. Ito ay ginagamit bilang isang temperature sensor. Ito ay gumagana batay sa prinsipyo ng Seebeck effect.

Mga aplikasyon ng Seebeck effect:

• Ang mga thermoelectric generator ay may maraming potensyal na aplikasyon, kasama ang power generation para sa mga remote o off-grid na lokasyon, waste heat recovery, at temperature sensing. Sila ay partikular na kapaki-pakinabang sa mga sitwasyon kung saan ang iba pang anyo ng power generation ay hindi praktikal, tulad ng sa spacecraft o sa mga remote na lugar kung saan limitado ang access sa fuel.

• Ang Seebeck effect ay madalas na ginagamit sa mga thermocouples upang sukatin ang pagbabago ng temperatura o upang pagsilbihan bilang electrical switches na nagsisilbing upang i-turn on o i-turn off ang sistema. Ang mga karaniwang ginagamit na kombinasyon ng metal sa thermocouple ay kinabibilangan ng constantan / copper, constantan / iron, constantan / chrome, at constantan.

• Ang Seebeck effect ay ginagamit sa mga thermoelectric generators, na naglilingkod bilang mga heat engine.

• Ginagamit din ito sa ilang mga power plants upang ikonvert ang waste heat sa extra power.

• Sa labas ng kanilang paggamit sa mga thermoelectric generators, ang Seebeck effect at ang mga kaugnay na phenomena, tulad ng Peltier effect at Thomson effect, ay may maraming iba pang aplikasyon sa mga larangan tulad ng thermometry at thermophysics. Ginagamit din ito sa pag-aaral ng mga thermoelectric materials at devices.

Limitasyon ng Seebeck effect:

Isang hadlang ng mga thermoelectric generator ay ang hindi masyadong efficient. Ang efficiency ng isang thermoelectric generator ay karaniwang sinusukat sa pamamagitan ng kanyang figure of merit, na isang sukat ng kakayahan ng aparato na ikonvert ang init sa kuryente. Ang karamihan sa mga thermoelectric generator ay may figure of merit na mas mababa sa 1, na nangangahulugan na ikokonvert nila ang mas mababa sa 1% ng init na nilalanghap nila sa kuryente. Ang mababang efficiency na ito ay limita ang praktikal na aplikasyon ng mga thermoelectric generator, ngunit ang mga mananaliksik ay nagtatrabaho sa pagbuo ng bagong materyales at disenyo na maaaring mapabuti ang kanilang efficiency sa hinaharap.

Pahayag: Respeto sa original, mahusay na mga artikulo na karapat-dapat ibahagi, kung may paglabag sa copyright pakiusap ilipat.