التيرموبيل هو جهاز يقوم بتحويل الحرارة إلى كهرباء باستخدام تأثير الثيرموكهربائي.

يتكون من عدة ثيرموجوفات، وهي أزواج من الأسلاك مصنوعة من مواد مختلفة تولد فرق الجهد عند تعرضها لفرق درجة حرارة. يتم ربط الثيرموجوفات بشكل متسلسل أو أحيانًا متوازي لتشكيل التيرموبيل، مما ينتج عنه خرج فرق جهد أعلى من الثيرموجوف الواحد. يتم استخدام التيرموبيل في العديد من التطبيقات مثل قياس درجة الحرارة وإنتاج الطاقة وكشف الإشعاع تحت الأحمر.

كيف يعمل التيرموبيل؟

يعمل التيرموبيل على أساس تأثير الثيرموكهربائي، وهو تحويل مباشر لاختلاف درجات الحرارة إلى فرق جهد كهربائي والعكس صحيح. اكتشف هذا التأثير توماس سيبيك في عام 1826، حيث لاحظ أن دائرة مصنوعة من معدنين مختلفين تنتج فرق جهد عندما يتم تسخين أحد الاتصالات وتبريد الأخرى.

التيرموبيل هو أساسًا سلسلة من الثيرموجوفات، وكل منها يتكون من أسلاك من مواد مختلفة ذات قوة ثيرموكهربائية كبيرة وقطبيات متعاكسة.

القوة الثيرموكهربائية هي مقياس لكيفية توليد المادة لفرق جهد لكل وحدة من اختلاف درجة الحرارة. يتم ربط الأسلاك في اتصالين، أحدهما حار والآخر بارد. يتم وضع الاتصالات الساخنة في منطقة ذات درجات حرارة أعلى، بينما يتم وضع الاتصالات الباردة في منطقة ذات درجات حرارة أقل. يؤدي الفرق في درجات الحرارة بين الاتصالات الساخنة والباردة إلى تدفق تيار كهربائي عبر الدائرة، مما ينتج عنه خرج فرق جهد.

خروج فرق الجهد للتيرموبيل يتناسب مع فرق درجة الحرارة عبر الجهاز وعدة أزواج من الثيرموجوفات.

ثابت التناسب يسمى معامل سيبيك، والذي يُعبر عنه بالفولت لكل كلفن (V/K) أو الميلي فولت لكل كلفن (mV/K). يعتمد معامل سيبيك على نوع وتركيب المعادن المستخدمة في الثيرموجوفات.

يوضح الرسم البياني أدناه تيرموبيل بسيط بأزواج من الثيرموجوفات مرتبطة بشكل متسلسل.

الاتصالات العليا للثيرموجوفات تكون عند درجة حرارة T1، بينما تكون الاتصالات السفلية للثيرموجوفات عند درجة حرارة T2. الخرج الكهربائي من التيرموبيل ΔV يتناسب طرديًا مع فرق درجة الحرارة ΔT أو T1 – T2 عبر الطبقة العازلة الحرارية والعدد من أزواج الثيرموجوفات. الطبقة العازلة الحرارية هي مادة تقلل من نقل الحرارة بين المناطق الساخنة والباردة.

رسم بياني لتيرموبيل فرق درجة الحرارة

    T1
    |\
    | \
    |  \
    |   \
    |    \
    |     \  ΔV
    |      \
    |       \
    |        \
    |         \
    |          \
    |           \
    |            \
    |             \
    |              \
    |               \
    ------------------
        طبقة عازلة حرارية
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 &......