Efekt Seebecka

Efekt Seebecka to zjawisko, w którym powstaje napięcie między końcami przewodnika, gdy temperatura na jednym końcu jest inna niż na drugim. Nazwa pochodzi od niemieckiego fizyka Thomasa Johanna Seebecka, który opisał go po raz pierwszy na początku XIX wieku.

Co to jest efekt Seebecka?

Efekt Seebecka opiera się na fakcie, że ruch nośników ładunku, takich jak elektrony, w przewodniku generuje ciepło. Gdy do przewodnika zastosuje się różnicę temperatur, nośniki ładunku na gorącym końcu mają większą energię kinetyczną niż te na zimnym końcu, co prowadzi do netowego przepływu ładunku od gorącego końca do zimnego. Ten przepływ ładunku tworzy napięcie na przewodniku, które można zmierzyć za pomocą woltomierza.

Wielkość napięcia wygenerowanego przez efekt Seebecka jest proporcjonalna do różnicy temperatur na przewodniku i właściwości samego przewodnika. Różne materiały mają różne współczynniki Seebecka, które opisują napięcie wygenerowane na jednostkę różnicy temperatur.

Efekt Seebecka jest podstawą działania termo-elektrycznych generatorów, które są urządzeniami przekształcającymi ciepło w prąd elektryczny. Działają one, wykorzystując efekt Seebecka do generowania napięcia na przewodniku, a następnie używając tego napięcia do napędzania prądu przez zewnętrzny obciążnik, taki jak żarówka lub bateria.

Współczynnik Seebecka:

Współczynnik Seebecka to napięcie wytworzone między dwoma punktami przewodnika, gdy utrzymywana jest różnica temperatur o 1 stopień Kelvina. W temperaturze pokojowej kombinacja miedź-konstantan ma współczynnik Seebecka wynoszący 41 mikrowoltów na Kelvin.

S = ΔV/ΔT = (Vzimny − Vgorący)/(Tgorący-Tzimny)

Gdzie,

• ΔV oznacza różnicę napięć uzyskaną poprzez wprowadzenie małej zmiany temperatury (ΔT) wzdłuż materiału.

• ΔV jest zdefiniowane jako napięcie na zimnym końcu minus napięcie na gorącym końcu.

Jeśli różnica między Vzimny i Vgorący jest ujemna, współczynnik Seebecka jest ujemny.

Jeśli ΔT jest uznawane za małe.

W rezultacie możemy zdefiniować współczynnik Seebecka jako pierwszą pochodną wytwórczego napięcia względem temperatury:

S = d V /d T

Efekt spinowy Seebecka:

Jednak w 2008 roku odkryto, że gdy ciepło jest zastosowane do magnetycznego metalu, jego elektrony ulegają reorganizacji według ich spinu. Jednak ta reorganizacja nie była odpowiedzialna za generowanie ciepła. To zjawisko jest takie samo jak efekt spinowy Seebecka. Ten efekt został wykorzystany do stworzenia szybkich i efektywnych mikroprzełączników.

Dlaczego współczynnik Seebecka wzrasta wraz ze wzrostem temperatury?

Przewodność elektryczna wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, pokazując cechy półprzewodników. Wysoki współczynnik Seebecka i niska przewodność elektryczna CuAlO2 wynikają z wysokiej skutecznej masy dziur ładunkowych.

Który czujnik wykrywa efekt Seebecka?

Termopara to urządzenie elektryczne składające się z dwóch różnych metalowych stawów połączonych razem. Jest stosowana jako czujnik temperatury. Działa na zasadzie efektu Seebecka.

Zastosowania efektu Seebecka:

• Termo-elektryczne generatory mają wiele potencjalnych zastosowań, w tym generowanie energii dla odległych lub położonych poza siecią lokalizacji, odzyskiwanie ciepła odpadowego i pomiar temperatury. Są szczególnie przydatne w sytuacjach, w których inne formy generowania energii nie są praktyczne, takie jak w statkach kosmicznych lub w odległych obszarach, gdzie dostęp do paliwa jest ograniczony.

• Ten efekt Seebecka jest często wykorzystywany w termoparach do pomiaru zmian temperatury lub do aktywacji przełączników elektrycznych, które włączają lub wyłączają system. Powszechnie stosowane kombinacje metali w termoparach to konstantan / miedź, konstantan / żelazo, konstantan / chrom i konstantan.

• Efekt Seebecka jest wykorzystywany w termo-elektrycznych generatorach, które działają jako silniki cieplne.

• Są one również wykorzystywane w niektórych elektrowniach do przekształcania ciepła odpadowego w dodatkową moc.

• Ponadto, oprócz zastosowania w termo-elektrycznych generatorach, efekt Seebecka i związane z nim zjawiska, takie jak efekt Peltiera i efekt Thomsona, mają wiele innych zastosowań w dziedzinach takich jak termometria i termofizyka. Są one również wykorzystywane w badaniach nad materiałami i urządzeniami termo-elektrycznymi.

Ograniczenia efektu Seebecka:

Jedną z wad termo-elektrycznych generatorów jest niewielka wydajność. Wydajność termo-elektrycznego generatora zwykle mierzona jest przez jego wskaźnik jakości, który jest miernikiem zdolności urządzenia do przekształcania ciepła w prąd elektryczny. Większość termo-elektrycznych generatorów ma wskaźnik jakości mniejszy niż 1, co oznacza, że przekształcają mniej niż 1% ciepła, które absorbują, w prąd elektryczny. Ta niska wydajność ogranicza praktyczne zastosowania termo-elektrycznych generatorów, ale naukowcy pracują nad rozwojem nowych materiałów i projektów, które mogą poprawić ich wydajność w przyszłości.

Oświadczenie: Szanujemy oryginał, dobre artykuły warto udostępniać, jeśli wystąpi naruszenie prosimy o usunięcie.