Ефект Зеебека

Ефект Зебека — це явище, при якому між кінцями провідника генерується напруга, коли температура на одному кінці відрізняється від температури на іншому. Цей ефект названо на честь німецького фізика Томаса Йоганна Зебека, який першим описав його на початку XIX століття.

Що таке ефект Зебека?

Ефект Зебека базується на тому факту, що рух зарядованих частинок, таких як електрони, у провіднику генерує тепло. Коли до провідника застосовують різницю температур, зарядовані частинки на гарячому кінці мають більшу кінетичну енергію, ніж ті на холодному кінці, що призводить до нетривалого потоку заряду від гарячого кінця до холодного. Цей потік заряду створює напругу на провіднику, яку можна виміряти за допомогою вольтметра.

Масштаб напруги, генерованої ефектом Зебека, пропорційний різниці температур на провіднику та властивостям самого провідника. Різні матеріали мають різні коефіцієнти Зебека, які описують напругу, генеровану на одиницю різниці температур.

Ефект Зебека є основою для роботи термоелектричних генераторів, які є пристроями, що перетворюють тепло на електроенергію. Вони працюють, використовуючи ефект Зебека для генерації напруги на провіднику, а потім використовують цю напругу для підтримки струму через зовнішне навантаження, таке як лампочка або акумулятор.

Коефіцієнт Зебека:

Коефіцієнт Зебека — це напруга, яка виробляється між двома точками на провіднику, коли різниця температур 1° Кельвіна підтримується між ними. При кімнатній температурі одна така комбінація меді-константан має коефіцієнт Зебека 41 мікровольт на Кельвін.

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

Де,

• ΔV позначає різницю напруг, отриману шляхом введення невеликої зміни температури (ΔT) вздовж матеріалу.

• ΔV визначається як напруга на холодному боці мінус напруга на гарячем боці.

Якщо різниця між Vcold та Vhot є від'ємною, то коефіцієнт Зебека є від'ємним.

Якщо ΔT вважається невеликою.

Таким чином, ми можемо визначити коефіцієнт Зебека як першу похідну від виробленої напруги відносно температури:

S = d V /d T

Ефект Спінового Зебека:

Однак, у 2008 році було виявлено, що коли теплоту застосовують до магнітного металу, його електрони перестраюються згідно з їхнім спіном. Однак, ця переструктуризація не відповідала за генерацію тепла. Це явище називається ефектом спінового Зебека. Цей ефект був використаний для створення швидких та ефективних мікро-перемикачів.

Чому коефіцієнт Зебека зростає зі збільшенням температури?

Електропровідність зростає зі збільшенням температури, демонструючи характеристики напівпровідників. Високий коефіцієнт Зебека та низька електропровідність CuAlO2 пов'язані з високою ефективною масою зарядових дірок.

Який датчик виявляє ефект Зебека?

Термопара — це електричний пристрій, який складається з двох неподібних металевих з'єднань, з'єднаних разом. Вона використовується як датчик температури. Вона працює на принципі ефекту Зебека.

Застосування ефекту Зебека:

• Термоелектричні генератори мають ряд потенційних застосувань, включаючи генерацію електроенергії для віддалених або автономних місць, відновлення вторинного тепла та вимірювання температури. Вони особливо корисні в ситуаціях, коли інші форми генерації електроенергії не є практичними, наприклад, на космічних апаратах або в віддалених районах, де доступ до палива обмежений.

• Цей ефект Зебека часто використовується в термопарах для вимірювання відхилення температури або для активування електричних перемикачів, які увімкнуть або вимкнуть систему. Комбінації металів, які часто використовуються в термопарах, включають константан / мідь, константан / залізо, константан / хром, та константан.

• Ефект Зебека використовується в термоелектричних генераторах, які служать тепловими двигунами.

• Вони також використовуються в деяких електростанціях для перетворення вторинного тепла на додаткову електроенергію.

• Окрім застосування в термоелектричних генераторах, ефект Зебека та пов'язані з ним явища, такі як ефект Пельтьє та ефект Томсона, мають ряд інших застосувань в таких областях, як термометрія та термофізика. Вони також використовуються для вивчення термоелектричних матеріалів та пристроїв.

Обмеження ефекту Зебека:

Однією з переваг термоелектричних генераторів є те, що вони не надто ефективні. Ефективність термоелектричного генератора зазвичай вимірюється його показником достоїнства, який є мірою здатності пристрою перетворювати тепло на електроенергію. Більшість термоелектричних генераторів мають показник достоїнства менше 1, що означає, що вони перетворюють менше 1% тепла, яке вони поглинають, на електроенергію. Ця низька ефективність обмежує практичне застосування термоелектричних генераторів, але дослідники працюють над розробкою нових матеріалів та конструкцій, які можуть покращити їхню ефективність в майбутньому.

Повідомлення: Уважайте оригінал, хороші статті варто поширити, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.