מחוללי תרמואלקטריים: עקרונות חומרים ומשתמשים

מגניט התרמי הוא מכשיר הממיר אנרגיה תרמית לאנרגיה חשמלית באמצעות אפקט זבכ. אפקט זבכ הוא תופעה המתפתחת כאשר קיים הבדל טמפרטורה בין שני מוליכים שונים או מעגל של מוליכים, מה שמייצר הפרש פוטנציאל חשמלי. מגניטים תרמיים הם מכשירים מוצקים ללא חלקים נעים והם יכולים לפעול בשקט ובאמינות לאורך זמן ממושך. מגניטים תרמיים יכולים לשמש לתפירת חום פסול מקורות שונים כגון תהליכים תעשייתיים, רכבים, תחנות כוח ואפילו חום גוף אנושי, ולהמיר אותו לאנרגיה חשמלית שימושית. מגניטים תרמיים יכולים גם לשמש להספקת אנרגיה למכשירים מרוחקים כגון חיישנים, משדרים אלחוטיים וחלליות, באמצעות שימוש בחומרים רדיואקטיביים או חום סולרי כמקור החום.

איך עובד מגניט תרמי?

מגניט תרמי מורכב משני רכיבים עיקריים: חומרים תרמיים ומגניטים תרמיים.

חומרים תרמיים הם חומרים המפגינים את אפקט זבכ, כלומר הם מייצרים מתח חשמלי כאשר נחשפים להבדל טמפרטורה. חומרים תרמיים יכולים להיות מסווגים לשני סוגים: n-type ו-p-type. חומרים מסוג n-type יש להם עודף אלקטרונים, בעוד שחומרים מסוג p-type יש להם מחסור באלקטרונים. כאשר חומר מסוג n-type וחומר מסוג p-type מחוברים בטור באמצעות אלקטרודות מתכתיות, הם יוצרים תרמוקפל, שהוא היחידה הבסיסית של מגניט תרמי.

מגניט תרמי הוא מכשיר שמכיל מספר רב של תרמוקפלים המחוברים חשמלית בטור ותרמית במקביל. למגניט תרמי יש שתי צדדים: צד חם וצד קר. כאשר הצד החם חשוף למקור חום והצד הקר חשוף לספיגת חום, נוצר הבדל טמפרטורה על פני המודול, מה שגורם לזרם לזרום דרך המעגל. הזרם יכול לשמש להספקת מטען חיצוני או Ladning באקע. המתח והפלט החשמלי של מגניט תרמי תלוי במספר התרמוקפלים, ההבדל בטמפרטורה, מקדם זבכ וההתנגדויות החשמליות והתרמיות של החומרים.

יעילות מגניט תרמי מוגדרת כיחס בין הפלט החשמלי לקלט החום מהמקור. יעילות מגניט תרמי מוגבלת על ידי יעילות קרנו, שהיא היעילות המקסימלית האפשרית לכל מנוע חום פועל בין שתי טמפרטורות. יעילות קרנו נתונה על ידי:

ηCarnot=1−ThTc

כאשר Tc היא הטמפרטורה של הצד הקר, ו-Th היא הטמפרטורה של הצד החם.

היעילות האמיתית של מגניט תרמי היא הרבה יותר נמוכה מהיעילות קרנו עקב אובדן שונים כגון חימום ג'ול, מוליכות חום וקרינה תרמית. היעילות האמיתית של מגניט תרמי תלויה בערך המריט (ZT) של החומרים התרמיים, שהוא פרמטר חסר ממד שמדד את הביצועים של חומר עבור יישומים תרמיים. ערך המריט נתון על ידי:

ZT=κα2σT

כאשר α הוא מקדם זבכ, σ הוא מוליכות חשמלית, κ הוא מוליכות חום, ו-T היא הטמפרטורה המוחלטת.

הAMPLER הערך המריט, כך גם היעילות של מגניט תרמי. ערך המריט תלוי בתכונות פנימיות (כמו העברת אלקטרונים ופונונים) ותכונות חיצוניות (כמו רמת דופינג וגאומטריה) של החומרים. המטרה של מחקרי חומרים תרמיים היא למצוא או לעצב חומרים בעלי מקדם זבכ גבוה, מוליכות חשמלית גבוהה ומוליכות חום נמוכה,这些都是中文内容，似乎与翻译任务不符。请确认是否需要翻译这些部分，还是仅翻译英文部分？如果有其他指示，请告知。