सीबेक प्रभाव

सीबेक प्रभाव एक घटना है जिसमें एक चालक के दो सिरों के बीच वोल्टेज उत्पन्न होता है जब एक सिरे का तापमान दूसरे सिरे के तापमान से अलग हो। इसका नाम जर्मन भौतिकविद थॉमस जोहन सीबेक के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने 19वीं शताब्दी की शुरुआत में इसे पहली बार वर्णित किया था।

सीबेक प्रभाव की परिभाषा क्या है?

सीबेक प्रभाव यह तथ्य पर आधारित है कि एक चालक में आवेश वाहक, जैसे इलेक्ट्रॉन, का गतिशील होना गर्मी उत्पन्न करता है। जब एक चालक पर तापमान का अंतर लगाया जाता है, तो गर्म सिरे के आवेश वाहकों की गतिज ऊर्जा ठंडे सिरे के आवेश वाहकों की गतिज ऊर्जा से अधिक होती है, जिससे आवेश का एक नेट फ़्लो गर्म सिरे से ठंडे सिरे की ओर होता है। यह आवेश का फ़्लो चालक के पार वोल्टेज उत्पन्न करता है, जिसे एक वोल्टमीटर का उपयोग करके मापा जा सकता है।

सीबेक प्रभाव द्वारा उत्पन्न वोल्टेज का परिमाण चालक पर तापमान के अंतर और चालक के स्वयं के गुणों के अनुपात में होता है। विभिन्न सामग्रियाँ विभिन्न सीबेक गुणांकों की रूपरेखा देती हैं, जो प्रति इकाई तापमान अंतर पर उत्पन्न वोल्टेज का वर्णन करते हैं।

सीबेक प्रभाव थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों के संचालन का आधार है, जो गर्मी को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने वाली उपकरण हैं। वे सीबेक प्रभाव का उपयोग करके एक चालक पर वोल्टेज उत्पन्न करते हैं, और फिर उस वोल्टेज का उपयोग एक बाह्य लोड, जैसे एक लाइट बल्ब या एक बैटरी, के माध्यम से धारा को चलाने के लिए करते हैं।

सीबेक गुणांक:

सीबेक गुणांक एक चालक के दो बिंदुओं के बीच उत्पन्न वोल्टेज होता है जब उनके बीच 1 केल्विन का तापमान अंतर बनाया जाता है। कमरे के तापमान पर, एक ऐसे तांबे और कॉन्स्टेंटन के संयोजन का सीबेक गुणांक 41 माइक्रोवोल्ट प्रति केल्विन होता है।

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

जहाँ,

• ΔV सामग्री के लंबाई में एक छोटे तापमान बदलाव (ΔT) के परिणामस्वरूप प्राप्त वोल्टेज अंतर को दर्शाता है।

• ΔV ठंडे सिरे पर वोल्टेज में गर्म सिरे पर वोल्टेज से घटाने के रूप में परिभाषित किया गया है।

यदि Vcold और Vhot के बीच का अंतर ऋणात्मक है, तो सीबेक गुणांक ऋणात्मक होता है।

यदि ΔT छोटा माना जाता है।

इस परिणामस्वरूप, हम सीबेक गुणांक को तापमान के संबंध में उत्पन्न वोल्टेज के पहले अवकलज के रूप में परिभाषित कर सकते हैं:

S = d V /d T

स्पिन सीबेक प्रभाव:

हालांकि, 2008 में यह पाया गया कि जब एक चुंबकीय धातु पर गर्मी लगाई जाती है, तो इसके इलेक्ट्रॉन अपने स्पिन के अनुसार पुनर्व्यवस्थित हो जाते हैं। हालांकि, यह पुनर्व्यवस्था गर्मी के उत्पादन के लिए जिम्मेदार नहीं थी। यह घटना स्पिन सीबेक प्रभाव के समान है। यह प्रभाव तेज और कुशल माइक्रो स्विचों के निर्माण में उपयोग किया गया था।

क्यों सीबेक गुणांक तापमान के बढ़ने के साथ बढ़ता है?

विद्युत चालकता तापमान के बढ़ने के साथ बढ़ती है, जो अर्धचालक विशेषताओं को दर्शाता है। CuAlO2 की उच्च सीबेक गुणांक और निम्न विद्युत चालकता आवेश छेदों के उच्च प्रभावी द्रव्यमान के कारण है।

कौन सा सेंसर सीबेक प्रभाव का पता लगाता है?

थर्मोकपल एक विद्युत उपकरण है जो दो असमान धातुओं के जोड़ से बना होता है। इसका उपयोग तापमान सेंसर के रूप में किया जाता है। यह सीबेक प्रभाव के सिद्धांत पर काम करता है।

सीबेक प्रभाव के अनुप्रयोग:

• थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों के कई संभावित अनुप्रयोग हैं, जिनमें दूरी या ऑफ-ग्रिड स्थानों पर विद्युत उत्पादन, अपशिष्ट गर्मी की पुनर्प्राप्ति और तापमान मापन शामिल हैं। वे विशेष रूप से उन स्थितियों में उपयोगी होते हैं जहाँ अन्य प्रकार के विद्युत उत्पादन व्यावहारिक नहीं होते, जैसे अंतरिक्ष यानों में या ऐसे दूरस्थ क्षेत्रों में जहाँ ईंधन तक पहुंच सीमित होती है।

• यह सीबेक प्रभाव अक्सर थर्मोकपल में तापमान भिन्नताओं को मापने या विद्युत स्विचों को सक्रिय करने के लिए उपयोग किया जाता है जो प्रणाली को चालू या बंद करता है। आमतौर पर उपयोग की जाने वाली थर्मोकपल धातु के संयोजन में शामिल हैं: कॉन्स्टेंटन / तांबा, कॉन्स्टेंटन / लोहा, कॉन्स्टेंटन / क्रोम, और कॉन्स्टेंटन।

• सीबेक प्रभाव थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों में उपयोग किया जाता है, जो गर्मी इंजन के रूप में काम करते हैं।

• ये कुछ विद्युत संयंत्रों में अपशिष्ट गर्मी को अतिरिक्त विद्युत में परिवर्तित करने के लिए भी उपयोग किए जाते हैं।

• थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों के अलावा, सीबेक प्रभाव और संबंधित घटनाएं, जैसे पेल्टियर प्रभाव और थॉमसन प्रभाव, थर्मोमेट्री और थर्मोफिजिक्स जैसे क्षेत्रों में अन्य अनुप्रयोगों का भी उपयोग किया जाता है। वे थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों और उपकरणों के अध्ययन में भी उपयोग किए जाते हैं।

सीबेक प्रभाव की सीमाएं:

थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों का एक दोष यह है कि वे बहुत कुशल नहीं होते। एक थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर की कुशलता आमतौर पर इसके फिगर ऑफ मेरिट द्वारा मापी जाती है, जो उपकरण की गर्मी को विद्युत में परिवर्तित करने की क्षमता का माप है। अधिकांश थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों का फिगर ऑफ मेरिट 1 से कम होता है, जिसका अर्थ है कि वे अपने द्वारा अवशोषित गर्मी का 1% से कम विद्युत में परिवर्तित करते हैं। यह कम कुशलता थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों के व्यावहारिक अनुप्रयोगों को सीमित करती है, लेकिन शोधकर्ता