थर्मोपाइल: एक उपकरण जो ऊष्मा को विद्युत में परिवर्तित करता है
थर्मोपाइल एक उपकरण है जो थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करके ऊष्मा को बिजली में परिवर्तित करता है।
यह कई थर्मोकपल से बना होता है, जो अलग-अलग धातुओं से बने तारों के युग्म होते हैं जो तापमान अंतर के लिए एक वोल्टेज उत्पन्न करते हैं। थर्मोकपल को श्रृंखला में या कभी-कभी समान्तर में जोड़ा जाता है थर्मोपाइल बनाने के लिए, जो एक एकल थर्मोकपल से अधिक वोल्टेज उत्पादन करता है। थर्मोपाइल को तापमान मापन, ऊर्जा उत्पादन और इन्फ्रारेड विकिरण का पता लगाने जैसे विभिन्न उपयोगों के लिए इस्तेमाल किया जाता है।
थर्मोपाइल कैसे काम करता है?
थर्मोपाइल थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव के सिद्धांत पर काम करता है, जो तापमान अंतरों को बिजली के वोल्टेज में और इसके विपरीत तुरंत परिवर्तित करता है। यह प्रभाव 1826 में थॉमस सीबेक द्वारा खोजा गया था, जिन्होंने देखा कि दो अलग-अलग धातुओं से बने एक परिपथ जब एक जंक्शन को गर्म किया गया और दूसरा ठंडा किया गया तो वोल्टेज उत्पन्न होता है।
थर्मोपाइल मूल रूप से एक श्रृंखला या समान्तर में जोड़े गए थर्मोकपलों का एक सेट है, जिसमें प्रत्येक थर्मोकपल दो अलग-अलग धातुओं के तार होते हैं जिनका बड़ा थर्मोइलेक्ट्रिक पावर और विपरीत ध्रुवता होती है।
थर्मोइलेक्ट्रिक पावर एक उपकरण द्वारा उत्पन्न वोल्टेज का माप है, जो इकाई तापमान अंतर पर होता है। तार दो जंक्शनों पर जुड़े होते हैं, एक गर्म और एक ठंडा। गर्म जंक्शन उच्च तापमान के क्षेत्र में रखे जाते हैं, जबकि ठंडे जंक्शन निम्न तापमान के क्षेत्र में रखे जाते हैं। गर्म और ठंडे जंक्शनों के बीच का तापमान अंतर एक विद्युत धारा को परिपथ में प्रवाहित होने का कारण बनता है, जिससे वोल्टेज उत्पन्न होता है।
थर्मोपाइल का वोल्टेज उत्पादन उपकरण के पार तापमान अंतर और थर्मोकपल युग्मों की संख्या के समानुपाती होता है।
समानुपातिक नियतांक सीबेक गुणांक कहलाता है, जिसे वोल्ट प्रति केल्विन (V/K) या मिलीवोल्ट प्रति केल्विन (mV/K) में व्यक्त किया जाता है। सीबेक गुणांक थर्मोकपलों में उपयोग की जाने वाली धातुओं के प्रकार और संयोजन पर निर्भर करता है।
नीचे दिया गया आरेख दो सेट के थर्मोकपल युग्मों को श्रृंखला में जोड़कर बनाए गए एक सरल थर्मोपाइल को दर्शाता है।
दो ऊपरी थर्मोकपल जंक्शन T1 तापमान पर हैं, जबकि दो निचले थर्मोकपल जंक्शन T2 तापमान पर हैं। थर्मोपाइल से उत्पन्न वोल्टेज, ΔV, तापमान अंतर, ΔT या T1 – T2, और थर्मोकपल युग्मों की संख्या के समानुपाती होता है। थर्मल रिजिस्टेंस लेयर एक सामग्री है जो गर्म और ठंडे क्षेत्रों के बीच के ऊष्मा स्थानांतरण को कम करती है।
संभावित तापमान थर्मोपाइल का आरेख
T1
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थर्मल
रिजिस्टेंस
लेयर
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T2
थर्मोपाइल को अधिक वोल्टेज उत्पादन के लिए दो से अधिक सेट के थर्मोकपल युग्मों से बनाया जा सकता है।
थर्मोपाइल को समान्तर में भी जोड़ा जा सकता है, लेकिन यह व्यवस्था कम आम है क्योंकि यह वोल्टेज उत्पादन के बजाय विद्युत धारा उत्पादन बढ़ाती है।
थर्मोपाइल सिर्फ तापमान अंतर या ढाल पर प्रतिक्रिया देता है, न कि निरपेक्ष तापमान पर।
इसलिए, उन्हें हीट फ्लक्स मापने के लिए उपयोग किया जा सकता है, जो इकाई क्षेत्र पर ऊष्मा स्थानांतरण की दर है। हीट फ्लक्स की गणना वोल्टेज उत्पादन को थर्मल रिजिस्टेंस और उपकरण के क्षेत्र से विभाजित करके की जा सकती है।
थर्मोपाइल इन्फ्रारेड विकिरण का उपयोग ऊष्मा स्थानांतरण के रूप में करते हैं और गैर-संपर्क तापमान मापन के लिए भी उपयोग किए जाते हैं।
इन्फ्रारेड विकिरण एक विद्युत चुंबकीय विकिरण है जिसकी तरंगदैर्ध्य 700 nm और 1 mm के बीच होती है, जो 300 K और 5000 K के तापमान के साथ संगत होती है। इन्फ्रारेड विकिरण को शून्य तापमान से अधिक किसी भी वस्तु द्वारा उत्सर्जित किया जाता है और इस
