Seebeck-effekten

Seebeck-effekten är ett fenomen där en spänning genereras mellan ändarna av en ledare när temperaturen vid den ena änden skiljer sig från temperaturen vid den andra änden. Det är uppkallat efter den tyske fysikern Thomas Johann Seebeck, som först beskrev det i början av 1800-talet.

Vad är Seebeck-effekten?

Seebeck-effekten bygger på faktumet att rörelsen av laddningsbärare, såsom elektroner, i en ledare genererar värme. När en temperatur skillnad appliceras över en ledare har laddningsbärarna vid den varma änden mer kinetisk energi än de vid den kalla änden, vilket leder till en nettostrom från den varma änden till den kalla änden. Denna ström skapar en spänning över ledaren, vilken kan mätas med en voltmeter.

Storleken på den spänning som genereras av Seebeck-effekten är proportionell mot temperatur skillnaden över ledaren och egenskaperna hos ledaren själv. Olika material har olika Seebeck-koefficienter, vilka beskriver den genererade spänningen per enhet temperatur skillnad.

Seebeck-effekten är grunden för funktionen av termoelektriska generatorer, vilka är apparater som omvandlar värme till el. De fungerar genom att använda Seebeck-effekten för att generera en spänning över en ledare, och sedan använder denna spänning för att driva en ström genom en extern last, såsom en glödlampa eller en batteri.

Seebeck-koefficienten:

Seebeck-koefficienten är den spänning som produceras mellan två punkter på en ledare när en temperatur skillnad på 1 Kelvin underhålls mellan dem. Vid rumstemperatur har en sådan kombination av koppar och constantan en Seebeck-koefficient på 41 mikrovolt per Kelvin.

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

Där,

• ΔV betyder spänningskillnaden som erhålls genom att införa en liten temperatur förändring (ΔT) längs materialet.

• ΔV definieras som spänningen på den kalla sidan minus spänningen på den varma sidan.

Om skillnaden mellan Vcold och Vhot är negativ, är Seebeck-koefficienten negativ.

Om ΔT anses vara liten.

Som ett resultat kan vi definiera Seebeck-koefficienten som den första derivatan av den producerade spänningen med avseende på temperatur:

S = d V /d T

Spin-Seebeck-effekten:

Det upptäcktes dock 2008 att när värme tillförs ett magnetiskt metallmaterial, omarrangerar dess elektroner enligt deras spin. Men denna omarrangering var inte ansvarig för värmeutvecklingen. Detta fenomen är samma sak som spin-Seebeck-effekten. Denna effekt användes i skapandet av snabba och effektiva mikroswitchar.

Varför ökar Seebeck-koefficienten med ökande temperatur?

Elektrisk konduktivitet ökar med ökande temperatur, vilket visar halvledaregenskaper. Den höga Seebeck-koefficienten och den låga elektriska konduktiviteten hos CuAlO2 beror på de laddningshålens höga effektiv massa.

Vilken sensor upptäcker Seebeck-effekten?

Termokopplaren är en elektrisk enhet som består av två olika metallfogningar sammankopplade. Den används som en temperatur sensor. Den fungerar enligt principen för Seebeck-effekten.

Användningsområden för Seebeck-effekten:

• Termoelektriska generatorer har flera potentiella användningsområden, inklusive energiproduktion för avlägsna eller fristående platser, återvinning av restvärme och temperaturmätning. De är särskilt användbara i situationer där andra former av energiproduktion inte är praktiska, såsom i rymdfarkoster eller i avlägsna områden där tillgången till bränsle är begränsad.

• Denna Seebeck-effekt används ofta i termokopplingar för att mäta temperaturvariationer eller för att aktivera elektriska switchar som styr systemets på- och avslag. Vanliga termokopplingsmetallkombinationer inkluderar constantan/koppar, constantan/järn, constantan/krom, och constantan.

• Seebeck-effekten används i termoelektriska generatorer, som fungerar som värme motorer.

• De används också i vissa kraftverk för att omvandla restvärme till extra energi.

• Utöver deras användning i termoelektriska generatorer har Seebeck-effekten och relaterade fenomen, såsom Peltier-effekten och Thomson-effekten, flera andra användningsområden inom områden som termometri och termofysik. De används också i studier av termoelektriska material och apparater.

Begränsningar för Seebeck-effekten:

Ett nackdel med termoelektriska generatorer är att de inte är särskilt effektiva. Effektiviteten hos en termoelektrisk generator mäts vanligtvis med dess meritfigur, vilket är ett mått på enhetens förmåga att omvandla värme till el. De flesta termoelektriska generatorer har en meritfigur mindre än 1, vilket betyder att de omvandlar mindre än 1% av den värme de absorberar till el. Denna låga effektivitet begränsar de praktiska användningsområdena för termoelektriska generatorer, men forskare arbetar med att utveckla nya material och design som kan förbättra deras effektivitet i framtiden.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.