اثر سیبک

اثر Seebeck یکی از سه تغییر عمده است که می توان تحت تأثیر ترموالکتریک مشاهده کرد. نام این فیزیکدان آلمانی توماس یوهان سیبک بود که طی تحقیقات مستقل خود در سال 1821 ، پدیده های اثر ترموالکتریک را کشف کرد.

تبدیل اختلاف دما بین دو رسانای الکتریکی غیر مشابه یا نیمه هادی ها به طور مستقیم به پتانسیل الکتریکی به عنوان اثر ترموالکتریک شناخته می شود. هنگامی که این هادی ها با اختلاف پتانسیل با استفاده از یک اتصال الکتریکی در تماس باشند ، این امر به جریان ذرات باردار منجر می شود که جریان ایجاد می کنند. مورد معکوس نیز در مواردی کاربرد دارد که کاربرد اختلاف پتانسیل در دو رسانای الکتریکی متفاوت باعث ایجاد اختلاف دما در محل اتصال آنها شود.

Seebeck Effect Theory

در اثر Seebeck ، همین پدیده ها اتفاق می افتد و به دلیل استفاده از منبع گرما ، پتانسیل الکتریکی ایجاد می شود. این پتانسیل الکتریکی را می توان در انتهای “گرم” و “سرد” محل اتصال اندازه گیری کرد. دو نیمه هادی ، نوع n و نوع p را در نظر بگیرید که به منبع مشترک تأمین گرما متصل هستند و این باعث افزایش دمای انتهای متصل می شود.

انتهای دیگر این دو نیمه هادی در دمای نسبتاً کم قرار دارند و یک گرادیان حرارتی نتیجه می گیرد. الکترونها در انتهای داغ نوع رسانا از نوع n ، انرژی حرارتی را از منبع دریافت می کنند. آنها انرژی می گیرند و به سمت سرماخوردگی می روند. در این روش ، انتهای داغ دارای چگالی پایین حاملهای بار (الکترون برای نوع n و سوراخ برای نوع p) است ، در حالی که انتهای سرما دارای چگالی بیشتر حامل های بار است.

این توزیع بار ، یک میدان الکتریکی را در محل اتصال ایجاد می کند. هنگامی که از یک هادی برای اتصال دو انتهای محل اتصال استفاده می شود ، بارها از طریق آن جریان می یابند و جریان الکتریکی تولید می شود.

سه شکل وجود دارد که ممکن است در اثر سیبک مشاهده شود.

• اتصال بار در دو انتها باعث افزایش بار می شود و دو ماده به همراه منبع گرما به عنوان ژنراتور عمل می کنند.

• اگر یک ولت متر با استفاده از یک هادی به دو انتها وصل شود ، می توان از ولتاژ اندازه گیری شده برای تعیین اختلاف دما بین دو انتها استفاده کرد.

• یکی دیگر از ارتباطات متداول ، استفاده از تنظیمات به عنوان سوئیچ به یک تنظیم برق یا مدار دیگر است ، از این رو ، کنترل عملکرد آن.

ژنراتور سیبک

به ترکیبی از دو هادی متفاوت متصل به یک منبع گرما و تبدیل آن به ولتاژ برای تأمین توان تقاضای بار ، یک مولد Seebeck گفته می شود. این می تواند برای تولید برق به منظور تامین بار مورد نیاز در مقیاس کم به طور مستقل ، یعنی بدون منبع خارجی برق به آن وصل شود. جریان گرما از قسمت دمای بالاتر محل اتصال به قسمتهای نسبتاً خنک کننده رسانا منجر به گرادیان حرارتی و جریان گرما حاصل می شود.

ذرات تشکیل دهنده اتصالات شارژ می شوند و از ناحیه چگالی بالاتر به ناحیه تراکم پایین تر حرکت می کنند. اختلاف ولتاژ حاصل از جریان بارها به عنوان منبع تغذیه بار متصل رفتار می کند. بدون اینکه قطعات چرخشی در آن دخیل باشد ، این دستگاه ها در تاسیسات از راه دور کم مصرف برنامه هایی پیدا می کنند.مشخص شده است كه ولتاژ تولید شده در بین رسانا ها مستقیماً با گرادیان دما در بین آنها متناسب است. ثابت بودن تناسب ، ترموپاور یا ضریب سیبک نامیده می شود.

به عبارت دیگر ، میزان تغییر اختلاف دما به میزان متناظر تغییر ولتاژ تولید شده با ضریب Seebeck مرتبط است.

از نظر ریاضی،

(V = – S(Th – Tl

که در آن ، V = اختلاف بالقوه

S = ضریب سیبک

Th = دما در انتهای گرم

Tl = درجه حرارت در انتهای سرما

یا،

(δV = – S (δT

که در آن ،

δV = تغییر ولتاژ

δT = تغییر در اختلاف دما ضریب Seebeck به شکل استاندارد خود است و به عنوان میزان ولتاژ تولید شده بین دو هادی وقتی دما در اطراف آنها در 1 کلوین در طول مشاهده مشاهده شود ، تعریف می شود:

S = – V

Applications of Seebeck Effect

خواص مکانیکی و شیمیایی متنوعی وجود دارد که با تغییر دما تغییر می کند. بنابراین ، اثر Seebeck در هنگام استفاده از پتانسیل الکتریکی بدست آمده برای نظارت بر تغییر خالص دما ، می تواند برای مطالعه یا تعیین این پارامترها مفید باشد. اینها شامل آزمایش مقاومت مواد ، تخریب و مقاومت در برابر تابش از عناصر رادیواکتیو است که در طول مدت زمان با تغییر درجه حرارت تغییر می کنند. سیگنال های الکتریکی حاصل از این دستگاه های حرارتی می توانند برای فعال کردن سوئیچ های ایمنی یا زنگ خطر به منظور سیگنال وضعیت استفاده شوند.

ترموکوپل ها – این وسیله حرارتی ترکیبی از حداقل دو رسانا یا نیمه هادی مختلف است که برای اندازه گیری اختلاف دما یا افزایش دما با تبدیل پارامتر الکتریکی حاصل به دمای مربوطه مورد استفاده قرار می گیرد. ممکن است برای شروع مدارها یا شیرها نیز مورد استفاده قرار گیرد.

ترموبیل ها – ترموبیل ها تعدادی از ترموکوپل ها هستند که به صورت سری (گاهی موازی) به منظور بدست آوردن ولتاژ قابل استفاده برای تأمین نیازهای مقیاس نسبتاً بالاتر متصل می شوند.

سنسورهای با فرکانس بالا – اثر Seebeck در یافتن دامنه دقیق امواج سینوسی مفید است. این امر به تشخیص وجود قدرت فراوانی تولید شده در یک سیستم کمک کرده و به اپراتورها سیگنال می بخشد.

ژنراتورها – تولید با استفاده از اثر Seebeck توسط بسیاری از واحدهای تولید برق برای استفاده از گرمای زباله تولید شده در صنعت برای تولید نیروی اضافی پیشنهاد و استفاده شده است.

اثر چرخنده سیبک

دانشمندان مدرن توانسته اند با مطالعه تأثیر کاربرد منبع تغذیه در رساناهای الکتریکی مغناطیس شده ، ابعادی دیگر برای بررسی اثر سیبک ارائه دهند. حامل های شارژر ، که توسط گرادیان حرارتی هدایت می شوند ، خود را مطابق با چرخش فردی یا حرکت زاویه ای خود تغییر مکان می دهند.

این پدیده اخیراً در سال 2008 کشف شد. برخلاف این کنوانسیون ، هیچ اتلاف گرما در هنگام تنظیم مجدد ذرات وجود ندارد. این اثر به طور گسترده ای برای ساخت سوئیچ های میکرو با واکنش سریع انجام می شود. تحولات اخیر در این زمینه محققان را بر آن داشته است تا در حال توسعه منابع نیروگاهی که از سلولهای خورشیدی و حرارتی استفاده می کنند برای افزایش بازده ترکیبی این دو سلول استفاده کنند و پرتوهای خورشیدی به عنوان منبع گرما شناخته شوند.