सीबेक प्रभाव
सीबेक प्रभाव एक घटना हो जहाँ किसी चालक के दो सिरों में वोल्टेज उत्पन्न होता है जब एक सिरे का तापमान दूसरे सिरे के तापमान से भिन्न हो। इसका नाम जर्मन भौतिकविज्ञानी 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 चालक में आवेश वाहक, जैसे इलेक्ट्रॉन, का गति उत्पन्न होती है। जब चालक पर तापमान का अंतर लगाया जाता है, तो गर्म सिरे के आवेश वाहकों की गतिज ऊर्जा ठंडे सिरे के आवेश वाहकों से अधिक होती है, जिससे गर्म सिरे से ठंडे सिरे की ओर आवेश का नेट फ्लो होता है। यह आवेश का फ्लो चालक के साथ वोल्टेज उत्पन्न करता है, जिसे एक वोल्टमीटर का प्रयोग करके मापा जा सकता है।
सीबेक प्रभाव द्वारा उत्पन्न वोल्टेज का परिमाण चालक पर तापमान के अंतर और चालक के स्वयं के गुणों के समानुपाती होता है। विभिन्न सामग्रियाँ विभिन्न सीबेक गुणांकों की होती हैं, जो इकाई तापमान अंतर प्रति उत्पन्न वोल्टेज का वर्णन करते हैं।
सीबेक प्रभाव थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों के संचालन का आधार है, जो उष्मा को विद्युत में परिवर्तित करने वाली उपकरण हैं। वे सीबेक प्रभाव का प्रयोग करके चालक पर वोल्टेज उत्पन्न करते हैं, और फिर उस वोल्टेज का उपयोग करके बाहरी लोड, जैसे एक प्रकाश बल्ब या बैटरी, में धारा को चलाते हैं।
सीबेक गुणांक:
सीबेक गुणांक वह वोल्टेज है जो एक चालक के दो बिंदुओं के बीच उत्पन्न होता है जब उनके बीच 1 केल्विन का तापमान अंतर बनाया जाता है। कमरे के तापमान पर, एक ऐसी तांबे-कॉन्स्टान्टन जोड़ी का सीबेक गुणांक 41 माइक्रोवोल्ट प्रति केल्विन होता है।
S = ΔV/ΔT = (Vcold − Vhot)/(Thot-Tcold)
जहाँ,
ΔV उस वोल्टेज अंतर को दर्शाता है जो सामग्री के अनुदिश छोटे तापमान बदलाव (ΔT) के परिणामस्वरूप प्राप्त होता है।
ΔV ठंडे सिरे पर वोल्टेज माइनस गर्म सिरे पर वोल्टेज 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 उत्पन्न वोल्टेज के सापेक्ष तापमान के पहले डेरिवेटिव 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 उष्मा लगाई जाती है, तो उसके इलेक्ट्रॉन अपने स्पिन के अनुसार पुनर्व्यवस्थित हो जाते हैं। हालांकि, यह पुनर्व्यवस्था उष्मा 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।
सीबेक गुणांक क्यों बढ़ता है तापमान बढ़ने के साथ?
विद्युत चालकता तापमान बढ़ने के साथ बढ़ती है, जो अर्धचालक विशेषताओं को दर्शाती है। CuAlO2 की उच्च सीबेक गुणांक और निम्न विद्युत चालकता आवेश छेदों के उच्च प्रभावी द्रव्यमान के कारण है।
सीबेक प्रभाव को कौन सा सेंसर निर्णय करता है?
थर्मोकपल एक विद्युत उपकरण है जो दो असमान धातुओं के जोड़ से बना होता है। यह तापमान सेंसर के रूप में उपयोग किया जाता है। यह सीबेक प्रभाव के सिद्धांत पर काम करता है।
सीबेक प्रभाव के अनुप्रयोग:
थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों के कई संभावित अनुप्रयोग हैं, जिनमें दूरस्थ या ऑफ-ग्रिड स्थानों के लिए विद्युत उत्पादन, अपशिष्ट उष्मा की पुनर्प्राप्ति और तापमान मापन शामिल हैं। वे विशेष रूप से उन स्थितियों में उपयोगी होते हैं जहाँ अन्य विद्युत उत्पादन के रूप व्यावहारिक नहीं होते, जैसे अंतरिक्ष यानों में या ऐसे दूरस्थ क्षेत्रों में जहाँ ईंधन की पहुंच सीमित होती है।
यह सीबेक प्रभाव अक्सर थर्मोकपल में तापमान भिन्नताओं को मापने या विद्युत स्विचों को सक्रिय करने के लिए प्रयोग किया जाता है जो प्रणाली को चालू या बंद करते हैं। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले थर्मोकपल धातु संयोजनों में कॉन्स्टान्टन / तांबा, कॉन्स्टान्टन / लोहा, कॉन्स्टान्टन / क्रोम, और कॉन्स्टान्टन शामिल हैं।
सीबेक प्रभाव थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों में प्रयोग किया जाता है, जो उष्मा इंजन के रूप में काम करते हैं।
ये कुछ विद्युत संयंत्रों में भी प्रयोग किए जाते हैं अपशिष्ट उष्मा को अतिरिक्त विद्युत में परिवर्तित करने के लिए।
थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों के अलावा, सीबेक प्रभाव और संबंधित घटनाएं, जैसे पेल्टियर प्रभाव और थॉमसन प्रभाव, थर्मोमेट्री और थर्मोफिजिक्स जैसे क्षेत्रों में कई अन्य अनुप्रयोगों के लिए प्रयोग की जाती हैं। वे थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों और उपकरणों के अध्ययन में भी प्रयोग किए जाते हैं।
सीबेक प्रभाव की सीमाएँ:
थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों का एक दोष यह है कि वे बहुत कुशल नहीं होते। थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर की कुशलता आमतौर पर उसके गुणांक द्वारा मापी जाती है, जो उपकरण की उष्मा को विद्युत में परिवर्तित करने की क्षमता का माप है। अधिकांश थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों का गुणांक 1 से कम होता है, जिसका अर्थ है कि वे अपने द्वारा अवशोषित उष्मा का 1% से कम विद्युत में परिवर्तित करते हैं। यह कम कुशलता थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरों के व्यावहारिक अनुप्रयोगों को सीमित करती है, लेकिन शोधकर्ता नए सामग्रियों और डिजाइनों का विकास कर रहे हैं जो भविष्य में उनकी कुशलता में सुधार कर सकते
