Эффект Зеебека

Эффект Зеебека — это явление, при котором между концами проводника возникает напряжение, когда температура на одном конце отличается от температуры на другом. Он назван в честь немецкого физика Томаса Иоганна Зеебека, который впервые описал его в начале XIX века.

Что такое эффект Зеебека?

Эффект Зеебека основан на том факте, что движение носителей заряда, таких как электроны, в проводнике генерирует тепло. Когда к проводнику применяется разность температур, носители заряда на горячем конце имеют больше кинетической энергии, чем на холодном, что приводит к нетто-потоку заряда от горячего конца к холодному. Этот поток заряда создает напряжение на проводнике, которое можно измерить с помощью вольтметра.

Величина напряжения, генерируемого эффектом Зеебека, пропорциональна разности температур на проводнике и свойствам самого проводника. Разные материалы имеют разные коэффициенты Зеебека, которые описывают напряжение, генерируемое на единицу разности температур.

Эффект Зеебека является основой работы термоэлектрических генераторов, которые преобразуют тепло в электричество. Они работают, используя эффект Зеебека для генерации напряжения на проводнике, а затем используют это напряжение для пропускания тока через внешнюю нагрузку, такую как лампочка или аккумулятор.

Коэффициент Зеебека:

Коэффициент Зеебека — это напряжение, возникающее между двумя точками проводника, когда между ними поддерживается разность температур 1 Кельвин. При комнатной температуре комбинация меди и константана имеет коэффициент Зеебека 41 микровольт на Кельвин.

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

Где,

• ΔV обозначает разницу напряжений, полученную при введении небольшого изменения температуры (ΔT) вдоль материала.

• ΔV определяется как напряжение на холодной стороне минус напряжение на горячей стороне.

Если разница между Vcold и Vhot отрицательная, то коэффициент Зеебека также отрицательный.

Если считать, что ΔT мал.

Таким образом, мы можем определить коэффициент Зеебека как первую производную от созданного напряжения по температуре:

S = d V /d T

Спиновый эффект Зеебека:

Однако в 2008 году было обнаружено, что при нагревании магнитного металла его электроны перестраиваются в зависимости от их спина. Однако эта перестройка не была ответственна за генерацию тепла. Это явление называется спиновым эффектом Зеебека. Этот эффект использовался для создания быстрых и эффективных микро-переключателей.

Почему коэффициент Зеебека увеличивается с ростом температуры?

Электропроводность увеличивается с ростом температуры, проявляя полупроводниковые свойства. Высокий коэффициент Зеебека и низкая электропроводность CuAlO2 обусловлены высокой эффективной массой дырок заряда.

Какой датчик обнаруживает эффект Зеебека?

Термопара — это электрическое устройство, состоящее из двух соединенных вместе разнородных металлических спаев. Она используется в качестве датчика температуры. Она работает на принципе эффекта Зеебека.

Применения эффекта Зеебека:

• Термоэлектрические генераторы имеют множество потенциальных применений, включая генерацию электроэнергии для удаленных или автономных мест, восстановление тепловых отходов и измерение температуры. Они особенно полезны в ситуациях, где другие формы генерации электроэнергии не являются практичными, например, на космических аппаратах или в удаленных районах, где доступ к топливу ограничен.

• Эффект Зеебека часто используется в термопарах для измерения изменений температуры или для активации электрических переключателей, включающих или выключающих систему. Часто используемые комбинации металлов для термопар включают константан/медь, константан/железо, константан/хром и константан.

• Эффект Зеебека используется в термоэлектрических генераторах, которые служат тепловыми двигателями.

• Их также используют на некоторых электростанциях для преобразования тепловых отходов в дополнительную энергию.

• Помимо использования в термоэлектрических генераторах, эффект Зеебека и связанные с ним явления, такие как эффект Пельтье и эффект Томсона, имеют множество других применений в областях, таких как термометрия и термофизика. Они также используются в исследовании термоэлектрических материалов и устройств.

Ограничения эффекта Зеебека:

Одним из недостатков термоэлектрических генераторов является их низкая эффективность. Эффективность термоэлектрического генератора обычно измеряется его фигурой достоинства, которая является мерой способности устройства преобразовывать тепло в электричество. Большинство термоэлектрических генераторов имеют фигуру достоинства меньше 1, что означает, что они преобразуют менее 1% поглощенного тепла в электричество. Низкая эффективность ограничивает практические применения термоэлектрических генераторов, но ученые работают над разработкой новых материалов и конструкций, которые могут улучшить их эффективность в будущем.

Заявление: Уважайте оригинальные статьи, заслуживающие внимания. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.