Seebeck-effekten

Seebeck-effekten er et fenomen der en spenning genereres mellom endene av en leder når temperaturen på den ene enden er forskjellig fra temperaturen på den andre enden. Den er oppkalt etter den tyske fysikeren Thomas Johann Seebeck, som først beskrev det i begynnelsen av 1800-tallet.

Definer Seebeck-effekten?

Seebeck-effekten baserer seg på at bevegelsen av ladningsbærere, som elektroner, i en leder genererer varme. Når en temperaturforskjell påføres en leder, har ladningsbærerne ved den varme enden mer kinetisk energi enn de ved den kalde enden, noe som fører til en netto strøm av ladning fra den varme enden til den kalde enden. Denne strømmen av ladning skaper en spenning over lederen, som kan måles med en spenningsmåler.

Størrelsen på spenningen generert av Seebeck-effekten er proporsjonal med temperaturforskjellen over lederen og egenskapene til lederen selv. Forskjellige materialer har ulike Seebeck-koeffisienter, som beskriver spenningen generert per enhet temperaturforskjell.

Seebeck-effekten er grunnlaget for virksomheten av termoelektriske generatorer, som er enheter som konverterer varme til elektrisitet. De fungerer ved å bruke Seebeck-effekten til å generere en spenning over en leder, og så bruke denne spenningen til å drive en strøm gjennom en ekstern last, som for eksempel en lyspære eller en batteri.

Seebeck-koeffisienten:

Seebeck-koeffisienten er spenningen produsert mellom to punkter på en leder når en temperaturforskjell på 1o Kelvin vedlikeholdes mellom dem. Ved romtemperatur har en slik kobber-konstantan kombinasjon en Seebeck-koeffisient på 41 mikrovolt per Kelvin.

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

Der,

• ΔV betyr spenningforskjellen oppnådd ved å innføre en liten temperaturendring (ΔT) langs materialet.

• ΔV defineres som spenningen på den kalde siden minus spenningen på den varme siden.

Hvis forskjellen mellom Vcold og Vhot er negativ, er Seebeck-koeffisienten negativ.

Hvis ΔT regnes som liten.

Som et resultat, kan vi definere Seebeck-koeffisienten som den første deriverte av den produserte spenningen med hensyn på temperatur:

S = d V /d T

Spin Seebeck-effekten:

Imidlertid ble det oppdaget i 2008 at når varme påføres et magnetisk metall, omorganiserer elektronene seg etter spin. Imidlertid var ikke denne omorganiseringen ansvarlig for genereringen av varme. Dette fenomenet er det samme som spin Seebeck-effekten. Denne effekten ble benyttet i utviklingen av raske og effektive mikroskryttere.

Hvorfor stiger Seebeck-koeffisienten med økende temperatur?

Elektrisk ledningsevne øker med økende temperatur, og viser halvlederegenskaper. Den høye Seebeck-koeffisienten og lave elektriske ledningsevne til CuAlO2 skyldes ladningshullenes høye effektiv masse.

Hvilken sensor oppdager Seebeck-effekten?

Termopar er et elektrisk enhet som består av to ulike metallforbindelser forbundet sammen. Det brukes som en temperatursensor. Det fungerer på prinsippet for Seebeck-effekten.

Anvendelser av Seebeck-effekten:

• Termoelektriske generatorer har flere potensielle anvendelser, inkludert kraftgenerasjon for fjerne eller off-grid lokasjoner, gjenbruk av avfallsvarme, og temperaturmåling. De er spesielt nyttige i situasjoner hvor andre former for kraftgenerasjon ikke er praktisk, som i romfartøy eller i fjerne områder der tilgang til drivstoff er begrenset.

• Denne Seebeck-effekten blir ofte brukt i termoparer for å måle temperaturvariasjoner eller for å aktiver elektriske skruer som slår systemet på eller av. Vanlige metallkombinasjoner i termoparer inkluderer konstantan/kobber, konstantan/jern, konstantan/krom, og konstantan.

• Seebeck-effekten brukes i termoelektriske generatorer, som fungerer som varmekraftmaskiner.

• De brukes også i noen kraftverk for å konvertere avfallsvarme til ekstra kraft.

• I tillegg til bruk i termoelektriske generatorer, har Seebeck-effekten og relaterte fenomener, som Peltier-effekten og Thomson-effekten, flere anvendelser i felt som termometri og termofysikk. De brukes også i studiet av termoelektriske materialer og enheter.

Begrensninger av Seebeck-effekten:

En ulempe med termoelektriske generatorer er at de ikke er veldig effektive. Effektiviteten til en termoelektrisk generator måles vanligvis ved dens verdien, som er et mål på enhetens evne til å konvertere varme til elektrisitet. De fleste termoelektriske generatorer har en verdi under 1, noe som betyr at de konverterer mindre enn 1% av varmen de absorberer til elektrisitet. Denne lave effektiviteten begrenser de praktiske anvendelsene av termoelektriske generatorer, men forskere jobber med å utvikle nye materialer og design som kan forbedre deres effektivitet i fremtiden.

Erklæring: Respekt for original, god artikkel verdt deling, hvis det er infringement kontakt slett.