האפקט של זֶבֶק

האפקט של זבקר הוא תופעה בה נוצר מתח בין קצות מוליך כאשר הטמפרטורה באחד הקצוות שונה מהטמפרטורה בשני הקצוות. הוא נקרא על שם הפיזיקאי הגרמני תומאס יוהאן זבקר, שמתאר אותו לראשונה בתחילת המאה ה-19.

מהו אפקט זבקר?

האפקט של זבקר מבוסס על העובדה שהתנועה של נושאי מטען, כגון אלקטרונים, במוליך יוצרת חום. כאשר ישנה הפרש טמפרטורות על פני מוליך, הנושאים של המטען בקצה החם הם בעלי אנרגיה קינטית גבוהה יותר מאלה בקצה הקרה, מה שמוביל לזרם נטו של מטען מהקצה החם לקצה הקרה. זרם המטען הזה יוצר מתח על פני המוליך, שניתן למדוד באמצעות וולטמטר.

גודלו של המתח שנוצר על ידי האפקט של זבקר הוא פרופורציונלי להפרש הטמפרטורות על פני המוליך ולתכונות המוליך עצמו. חומרים שונים הם בעלי מקדמי זבקר שונים, המתארים את המתח שנוצר לכל הפרש טמפרטורה יחיד.

האפקט של זבקר הוא הבסיס לתפעול של גנרטורים תרמו-אלקטריים, שהם מכשירים הממירים חום לחשמל. הם פועלים על ידי שימוש באפקט של זבקר כדי לייצר מתח על פני מוליך, ולאחר מכן משתמשים במתח הזה כדי לדחוף זרם דרך מטען חיצוני, כגון נורה או סוללה.

מקדם זבקר:

מקדם זבקר הוא המתח שנוצר בין שתי נקודות במוליך כאשר ההפרש בטמפרטורה של 1 קלווין נשמר ביניהן. בטמפרטורת החדר, צירוף כהה של נחושת וקונסטנטן יש לו מקדם זבקר של 41 מיקרו-וולטים לקלווין.

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

כאשר,

• ΔV מסמל את ההבדל במתח המתקבל על ידי הצגת שינוי קטן בטמפרטורה (ΔT) לאורך החומר.

• ΔV מוגדר כמתח הצד הקר פחות מתח הצד החם.

אם ההבדל בין Vcold ו-Vhot שלילי, מקדם זבקר הוא שלילי.

אם ΔT נחשב כקטן.

כתוצאה מכך, ניתן להגדיר את מקדם זבקר כשיפוע הראשון של המתח שנוצר ביחס לטמפרטורה:

S = d V /d T

אפקט זבקר הספיני:

עם זאת, התגלה ב-2008 כי כאשר חום מופעל על מתכת מגנטית, האלקטרונים שלה מארגנים מחדש בהתאם לספין שלהם. עם זאת, המארגנות מחדש הזו לא הייתה אחראית ליצירת חום. תופעה זו היא אותה תופעה כמו אפקט זבקר הספיני. אפקט זה נמצא בשימוש ביצירת מיתרי מיקרו מהירים ויעילים.

מדוע מקדם זבקר עולה עם עליית הטמפרטורה?

הנשיאה החשמלית עולה עם עליית הטמפרטורה, ומראה תכונות של מוליכים למחצה. מקדם זבקר גבוה ונשיאה חשמלית נמוכה של CuAlO2 הם בשל מסת השפע גבוהה של חורים מטענים.

איזה חיישן מאתר את אפקט זבקר?

זוג מטלי הוא מכשיר חשמלי המורכב משני מפרקים של מתכות שונות מחוברות יחד. הוא משמש כחיישן טמפרטורה. הוא פועל על עקרון אפקט זבקר.

יישומים של אפקט זבקר:

• גנרטורי תרמו-אלקטריים יש להם מספר יישומים אפשריים, כולל יצירה של חשמל עבור מקומות מרוחקים או שאינם מחוברים לרשת, החלפת חום פסול, ומדידת טמפרטורה. הם במיוחד שימושיים בסיטואציות שבהן צורות אחרות של יצירה של חשמל אינן מעשיות, כגון בכלי טיס או באזורים מרוחקים בהם גישה למימן מוגבלת.

• אפקט זבקר זה נפוץ בשימוש בזוג מטלי כדי למדוד שינויים בטמפרטורה או כדי להפעיל מיתרי חשמל שמאפשרים או מכבים את המערכת. צירופי מתכות זוג מטלי נפוצים כוללים קונסטנטן / נחושת, קונסטנטן / ברזל, קונסטנטן / כרום, וקונסטנטן.

• אפקט זבקר נמצא בשימוש בגנרטורי תרמו-אלקטריים, המשמשים כמנועי חום.

• הם גם משמשים במספר תחנות כוח להמרת חום פסול לחשמל נוסף.

• בנוסף לשימושם בגנרטורי תרמו-אלקטריים, אפקט זבקר והופעות קשורות, כגון אפקט פלטייה ואפקט תומסון, יש להם מספר יישומים אחרים בדיסציפלינות כמו תרמומטריה ותרמופיזיקה. הם גם משמשים בחקר חומרים ומכשירים תרמו-אלקטריים.

הגבילויות של אפקט זבקר:

חסרונות אחדים של גנרטורי תרמו-אלקטריים הם שהם אינם מאוד יעילים. היעילות של גנרטור תרמו-אלקטרי נמדדת בדרך כלל על ידי מדד הערך שלו, שהוא מדד יכולת המכשיר להמיר חום לחשמל. רוב הגנרטורים התרמו-אלקטריים יש להם מדד ערך של פחות מ-1, מה שאומר שהם ממירים פחות מ-1% מהחום שהם סופגים לחשמל. יעילות נמוכה זו מגבילה את היישומים המעשיים של גנרטורי תרמו-אלקטריים, אך חוקרים עובדים על פיתוח חומרים ועיצובים חדשים שעשויים לשפר את יעילותם בעתיד.

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