Seebeckov učinek

Seebeckov učinek je pojav, pri katerem se med konci vodnika ustvari napetost, če je temperatura na enem koncu različna od temperature na drugem koncu. Poimenovan je po nemškem fiziku Thomasu Johannu Seebecku, ki ga je prvi opisal na začetku 19. stoletja.

Kaj je Seebeckov učinek?

Seebeckov učinek temelji na dejstvu, da se gibanje nosilcev naboja, kot so elektroni, v vodniku pretvori v toploto. Ko se na vodnik uporabi temperaturna razlika, imajo nosilci naboja na toplem koncu več kinetične energije kot tisti na hladnem koncu, kar vodi do neto teka naboja od toplega kraja proti hladnemu. Ta teko naboja ustvari napetost preko vodnika, ki jo lahko izmerimo z napetostmerom.

Velikost napetosti, ki jo generira Seebeckov učinek, je sorazmerna s temperaturno razliko preko vodnika in lastnostmi samega vodnika. Različni materiali imajo različne Seebeckove koeficiente, ki opisujejo napetost, ki se generira na enoto temperaturne razlike.

Seebeckov učinek je osnova delovanja termoelektričnih generatorjev, ki so naprave, ki pretvarjajo toploto v električno energijo. Delujejo tako, da uporabljajo Seebeckov učinek za generiranje napetosti preko vodnika, nato pa to napetost uporabijo za poganjanje toka skozi zunanji optni element, kot je svetilka ali baterija.

Seebeckov koeficient:

Seebeckov koeficient je napetost, ki se ustvari med dvema točkama na vodniku, ko se na njih ohranja temperaturna razlika 1 Kelvin. Pri sobni temperaturi ima kombinacija bakra in konstantana Seebeckov koeficient 41 mikrovoltov na Kelvin.

S = ΔV/ΔT = (Vhlad − Vtopl)/(Ttopl-Thlad)

Kjer,

• ΔV pomeni napetostna razlika, ki se dobi z uvedbo majhne temperaturne spremembe (ΔT) vzdolž materiala.

• ΔV je definiran kot napetost na hladnem koncu minus napetost na toplem koncu.

Če je razlika med Vhlad in Vtopl negativna, je Seebeckov koeficient negativen.

Če se ΔT obravnava kot majhen.

Tako lahko definiramo Seebeckov koeficient kot prvi odvod ustvarjene napetosti glede na temperaturo:

S = d V /d T

Spin Seebeckov učinek:

Vendar je leta 2008 odkrili, da se, ko se na magnetni kov uporabi toplota, njegovi elektroni preuredijo glede na svoj spin. Ta preuspostavitev ni bila odgovorna za generiranje toplote. Ta pojav je isti kot spin Seebeckov učinek. Ta učinek je bil uporabljen pri izdelavi hitrih in učinkovitih mikroključev.

Zakaj raste Seebeckov koeficient s povečevanjem temperature?

Električna prevodnost raste s povečevanjem temperature, kar kaže na polprevodniške lastnosti. Visok Seebeckov koeficient in nizka električna prevodnost CuAlO2 sta posledica visoke učinkovne mase luknatih nabojev.

Katerega senzorja uporabljajo za zaznavanje Seebeckovega učinka?

Termopar je električna naprava, sestavljena iz dveh različnih kovinskih spojev, ki sta združena skupaj. Uporablja se kot senzor temperature. Deluje na principu Seebeckovega učinka.

Uporabe Seebeckovega učinka:

• Termoelektrični generatorji imajo številne potencialne uporabe, vključno z proizvodnjo energije za oddaljene ali brez omrežja lokacije, obnovitev odpadne toplote in merjenje temperature. Zlasti so koristni v situacijah, kjer druge oblike proizvodnje energije niso praktične, kot so v vesoljskih letilih ali v oddaljenih območjih, kjer je dostop do goriva omejen.

• Ta Seebeckov učinek pogosto uporabljajo v termoparih za merjenje temperaturnih variacij ali za aktiviranje električnih ključev, ki vklopijo ali izklopijo sistem. Običajno uporabljane kombinacije metalov termoparov so konstantan/baker, konstantan/železo, konstantan/krom in konstantan.

• Seebeckov učinek uporabljajo v termoelektričnih generatorjih, ki delujejo kot toplinska stroji.

• Ti se uporabljajo tudi v nekaterih elektrarnah za pretvorbo odpadne toplote v dodatno energijo.

• Opravka z uporabo termoelektričnih generatorjev, Seebeckov učinek in povezani pojavi, kot so Peltierjev in Thomsonov učinek, imajo številne druge uporabe v področjih, kot so termometrija in termofizika. Uporabljajo se tudi pri raziskovanju termoelektričnih materialov in naprav.

Omejitve Seebeckovega učinka:

Ena slabosti termoelektričnih generatorjev je, da niso zelo učinkoviti. Učinkovitost termoelektričnega generatorja se običajno meri z njegovim meritvenim kriterijem, ki je merilo zmogljivosti naprave za pretvarjanje toplote v električno energijo. Večina termoelektričnih generatorjev ima meritveni kriterij manjši od 1, kar pomeni, da pretvarja manj kot 1 % absorbirane toplote v električno energijo. Ta nizka učinkovitost omejuje praktične uporabe termoelektričnih generatorjev, toda raziskovalci delajo na razvoju novih materialov in dizajnov, ki bi v prihodnosti lahko izboljšali njihovo učinkovitost.

Izjava: Spoštuj original, dobri članki so vredni deljenja, v primeru kršitve avtorskih pravic se obrnite za brisanje.