ผลพวงซีเบ็ค
ผลต่อซีเบ็คคือปรากฏการณ์ที่มีแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นระหว่างปลายของตัวนำเมื่ออุณหภูมิที่ปลายหนึ่งแตกต่างจากอุณหภูมิที่ปลายอื่น ๆ ชื่อนี้ถูกตั้งตามชื่อนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน โทมัส โยฮันน์ ซีเบ็ค ผู้บรรยายเกี่ยวกับมันในต้นศตวรรษที่ 19
กำหนดผลต่อซีเบ็ค?
ผลต่อซีเบ็คอาศัยความจริงที่ว่าการเคลื่อนไหวของพาหะประจุ เช่น อิเล็กตรอน ในตัวนำสร้างความร้อน เมื่อมีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างตัวนำ พาหะประจุที่ปลายร้อนจะมีพลังงานจลน์มากกว่าที่ปลายเย็น ทำให้เกิดการไหลของประจุจากปลายร้อนไปยังปลายเย็น การไหลของประจุนี้สร้างแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวนำ ซึ่งสามารถวัดได้โดยใช้โวลต์มิเตอร์
ขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากผลต่อซีเบ็คเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างตัวนำและคุณสมบัติของตัวนำเอง วัสดุต่าง ๆ มีสัมประสิทธิ์ซีเบ็คที่แตกต่างกัน ซึ่งอธิบายถึงแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นต่อความแตกต่างของอุณหภูมิหน่วย
ผลต่อซีเบ็คเป็นพื้นฐานในการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่แปลงความร้อนเป็นไฟฟ้า เครื่องกำเนิดเหล่านี้ทำงานโดยใช้ผลต่อซีเบ็คเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวนำ และจากนั้นใช้แรงดันไฟฟ้านั้นเพื่อขับกระแสผ่านโหลดภายนอก เช่น หลอดไฟหรือแบตเตอรี่
สัมประสิทธิ์ซีเบ็ค:
สัมประสิทธิ์ซีเบ็คคือแรงดันที่เกิดขึ้นระหว่างสองจุดบนตัวนำเมื่อมีความแตกต่างของอุณหภูมิ 1o เคลวินระหว่างจุดเหล่านั้น ที่อุณหภูมิห้อง คอมบิเนชันของทองแดงและคอนสแตนแทนมีสัมประสิทธิ์ซีเบ็ค 41 ไมโครโวลต์ต่อเคลวิน
S = ΔV/ΔT = (Vcold − Vhot)/(Thot-Tcold)
ที่,
ΔV หมายถึงความต่างของแรงดันที่ได้จากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเล็กน้อย (ΔT) ตามวัสดุ
ΔV ถูกกำหนดให้เป็นแรงดันที่ปลายเย็นลบด้วยแรงดันที่ปลายร้อน
หากความต่างระหว่าง Vcold และ Vhot เป็นลบ สัมประสิทธิ์ซีเบ็คจะเป็นลบ
หาก ΔT ถูกพิจารณาให้เป็นเล็กน้อย
ดังนั้น เราสามารถกำหนดสัมประสิทธิ์ซีเบ็คเป็นอนุพันธ์แรกของแรงดันที่เกิดขึ้นเทียบกับอุณหภูมิ:
S = d V /d T
ผลต่อซีเบ็คแบบสปิน:
อย่างไรก็ตาม ในปี 2008 พบว่าเมื่อความร้อนถูกนำไปใช้กับโลหะแม่เหล็ก อิเล็กตรอนจะเรียงตัวใหม่ตามสปิน อย่างไรก็ตาม การเรียงตัวใหม่นี้ไม่ได้เป็นสาเหตุของการสร้างความร้อน ปรากฏการณ์นี้เหมือนกับผลต่อซีเบ็คแบบสปิน ผลต่อนี้ถูกนำมาใช้ในการสร้างสวิตช์ขนาดเล็กที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ
ทำไมสัมประสิทธิ์ซีเบ็คเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น?
ความนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แสดงคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำ สัมประสิทธิ์ซีเบ็คสูงและความนำไฟฟ้าต่ำของ CuAlO2 เกิดจากมวลมีประสิทธิภาพสูงของช่องว่างประจุ
เซ็นเซอร์ใดตรวจจับผลต่อซีเบ็ค?
เทอร์โมคัปเปิลเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ประกอบด้วยข้อต่อโลหะที่แตกต่างกันสองชนิดที่เชื่อมต่อกัน มันถูกใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ มันทำงานตามหลักการของผลต่อซีเบ็ค
การประยุกต์ใช้ผลต่อซีเบ็ค:
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกมีการประยุกต์ใช้หลายอย่าง รวมถึงการผลิตพลังงานสำหรับสถานที่ที่อยู่ไกลหรือไม่มีสายไฟ การรีไซเคิลความร้อนที่สูญเสีย และการวัดอุณหภูมิ เครื่องกำเนิดเหล่านี้มีประโยชน์มากในสถานการณ์ที่การผลิตพลังงานรูปแบบอื่น ๆ ไม่เหมาะสม เช่น ในยานอวกาศหรือในพื้นที่ที่เข้าถึงเชื้อเพลิงยาก
ผลต่อซีเบ็คนี้ถูกใช้บ่อยในเทอร์โมคัปเปิลเพื่อวัดความแตกต่างของอุณหภูมิหรือเพื่อเปิดหรือปิดสวิตช์ไฟฟ้า คอมบิเนชันของโลหะที่ใช้บ่อยในเทอร์โมคัปเปิลคือคอนสแตนแทน/ทองแดง คอนสแตนแทน/เหล็ก คอนสแตนแทน/โครเมียม และคอนสแตนแทน
ผลต่อซีเบ็คถูกใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก ซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องยนต์ความร้อน
เครื่องกำเนิดเหล่านี้ยังถูกใช้ในบางโรงไฟฟ้าเพื่อแปลงความร้อนที่สูญเสียเป็นพลังงานเพิ่มเติม
นอกจากการใช้งานในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแล้ว ผลต่อซีเบ็คและปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้อง เช่น ผลต่อเพลติเออร์และผลต่อทอมสัน ยังมีการประยุกต์ใช้ในสาขาต่าง ๆ เช่น การวัดอุณหภูมิและการวิทยาศาสตร์ความร้อน พวกมันยังถูกใช้ในการศึกษาวัสดุและอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริก
ข้อจำกัดของผลต่อซีเบ็ค:
ข้อเสียหนึ่งของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกคือประสิทธิภาพที่ไม่สูง ประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกมักวัดโดยค่า ZT ซึ่งเป็นมาตรการของความสามารถของอุปกรณ์ในการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกส่วนใหญ่มีค่า ZT น้อยกว่า 1 หมายความว่ามันแปลงความร้อนที่ดูดซับได้น้อยกว่า 1% เป็นไฟฟ้า ประสิทธิภาพต่ำนี้จำกัดการประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก แต่นักวิจัยกำลังทำงานเพื่อพัฒนาวัสดุและออกแบบใหม่ที่อาจปรับปรุงประสิทธิภาพในอนาคต
คำชี้แจง: เคารพ ต้นฉบับ, บทความที่ดีควรแชร์, หากละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อลบ.
