Seebeck účinek

Seebeckův efekt - je vznik potenciálního rozdílu na hranici rozhraní dvou různých materiálů zahříváním umění.

z historie

Historie mlčí, chtěl dostat Seebeck v roce 1822, kdy se ohřátý kontakt z antimonu a vizmutu. Možná, že efekt byl výsledkem náhodných shod okolností, jak se často stává, a jak se to stalo v Oersted šipky kompasu. Galvanometer Seebeck zaznamenána, když ruka drží konce termočlánku. To je považováno za šťastné náhoda, je povinen na vlastní úspěšné kompas design. Zařízení se skládala ze dvou polovin: jeden kovový rám, okraj dalšího skleněným krytem. Klidová ruku na pozemku, Seebeckův, že odchylka magnetické jehly z její počáteční polohy. Jistě rozdíl nebyl příliš nápadný, ale vědec trpělivě opakoval zážitek ze sledování výsledku.

Obrázek ukazuje, že se na displeji světlo způsobuje značné vychýlení magnetického poledníku. To je vzhledem k budicí proud teče. Sešívání, držet šipka výše, nese poplatků (kladné znaménko) v uvedeném směru. Vytvoří kruhové magnetické pole, které mění četby kompasu. Není známo, s jistotou, zda je kompas byl vyroben z antimonu a vizmutu nebo Seebeck našel materiály později v soukromí, ale stále termoelektrické články jsou často vyrobeny z těchto kovů. Kombinace je vybrána pro svou vysokou účinností.

Využití termoelektrických generátorů

Experimentovat, jsme zjistili, že účinnost termoelektrického dosahuje téměř 3%. Na počátku XIX století, to je docela slušné, kteří jsou schopni soutěžit s jakýmkoliv parním strojem. V sovětské literatuře poskytuje informace, které se termoelektrické účinnosti nedošla 0,5%. Za prvé, není to vždy jde o jednotlivé termoelektrické články, a za druhé, je považována komunistická propaganda. V sovětských dobách, značkové osobní počítače (koncept vyvinutý v SSSR), a nyní každý úředník může pochlubit zbrusu nový notebook z Koreje nebo Spojených státech. Autoři jsou s větší pravděpodobností spoléhat na zahraničních zdrojích, vedoucí osobnosti v regionu ve výši 3%.

Georg Ohm, pomocí termočlánku, otevřel známý zákon, Faraday použil je pro elektrolýzu výzkum. Vědci rychle na chuť, a do poloviny XIX století byly již přítomny termoelektrické generátory dost velký výkon - a pro opláštění kovových dílů. Se zprávou Seebeck termočlánek staly nedílnou součástí experimentální zařízení, kde je to třeba, aby byla zajištěna stabilita. A na začátku XX století jsme vytvořili celou řadu struktur.

Ruský časopis napsal o osvětlení termoelektrický pec, Gyulhera baterie slouží k dobíjení baterií. Zájem v této oblasti mírně oslabil po vynálezu spalovacího motoru a elektromotoru, ale v moderním světě termočlánků jsou považovány za slibné zdroje energie pro rozvoj pohledu. Nicméně vyhlídky na využití sluneční paprsky zdálo atraktivní, a to i na začátku XX století. První experimentální data publikovaná v roce 1922 byly: „Zařízení 105 termočlánků (Copper-Constantan), oblast 1 čtvereční. cm každý, což dokazuje účinnost 0,008%, v poledne dávat energii asi 61 mW. "

Ve stejné době, kdy Seebeck účinek začal být používán k napájení přenosná rádia. Téma termoelektrických generátorů zobrazených reklamka té době. V jednoduché angličtině jsou uvedeny čtenáři pochopit, že nový zdroj je dobré poslouchat nejnovější zprávy. Není divu, že v krátkém čase a objevil se v SSSR Journal poznamenává milence, bylo oznámeno, že teplo petrolejová lampa může být rozumně použit pro výkonové elektroniky obvodů. Czeczik v časopise „chudých“ (1928) uvádí generátor vlastní konstrukce z železo-niklové termočlánků. Stejný druh výrobku se objevily u čísla 13, „Radifront“ časopis v roce 1937.

Poválečné generátory Seebeckův efekt dal příznivý účinek ve výši 1 Watt energie na 1 kg hmotnosti. Ale účinnost je stále nízká. V jedné ruské literatury doprava - sovětské články nešel před ostatními. Již během druhé světové války, Seebeck účinek dodal klidnou energii radistů, oteplování se při požáru v neklidné době. Zvažovala možnost znovu používat mnohé fyzikální učebnice obsahují informace o generátoru Joffe, která byla vytvořena na počátku 50. let (viz. Obr.). V době, kdy se předpokládá, že je možné dosáhnout účinnosti o 5-7%, byly vydány generátor TGK-3 pro rozhlas. byl vytvořen solární oblast buněk 360 náměstí. vidět, že dal 0,175 wattů při účinnosti 0,59%. Je vidět, že se výrazně zvýšil.

Například generátor petrolejová lampa Ioffe vzorek 50. rádia umožňují podávání při teplotě do vnitřních spojích 300-350 stupňů Celsia a vnější - v rozmezí od 60. Pak jsme se ukázaly schopnost vytvářet zařízení s účinností 8%. Historie vývoje termoelektrických generátorů k nejnovějším možném čase uvažovat v příslušné sekci, a nyní podíváme na fyzikálních procesů probíhajících ve vodičích.

teplotní senzory

Na počátku 80. let na 40% všech průmyslových měření potřebných na teplotě a 2/3 tohoto počtu senzorů pracujících na Seebeckově jevu. Vědci rychle dospěl k závěru, že nízká účinnost je odůvodněna vysokou přesností. V SSSR, by se naučili dříve obtěžoval přeložit do ruštiny práci Georg Simon Ohm raných 20-tých let XIX století. Třepání šíři aplikačních zařízení, - od 0,5 do 3000 K.

Přehnaný industrializace způsobil potřebu nových metod pro řízení technologických procesů. Pro pěstování horizonty nestačí držet krok s dělnickou třídou a lidem v nouzi odpočinku a trávení volného času. Podle slov spisovatele, vědecké objevy se staly samozřejmostí ve Spojených státech, když to bylo možné stanovit život a uklidnit bojovné Indy. Bez vědy, země nevyvíjí a nevidí zisk, volný čas a volný čas je považován za cenný zdroj. Výhody senzorů na Seebeckově jevu, jsou:

1. S nízkou setrvačností. Vyžaduje-li první stabilitu produktu, což je záměrně těžkopádné, pomalá reakce na vnější prostředí, moderní termočlánek (viz. Obr.) Je malé velikosti a je obsažena v kompozici a spotřebitelských zařízení (například chladničky).
   

   moderní termoelektrický

2. Snadná instalace. Muž, který se potýká s nutností nahradit barometrického chladničky Termostat ví, jak je obtížné a časově náročný proces. Termočlánek je propojen řez drátu, rychle a snadno.
3. Rozsáhlý rozsah měřené teploty zdůraznila. V současné době dokonce i testery prodal termoelektrický spotřebitelů jako snímač. Rozsah je závislý na konstrukční prvky, je snadné vybrat cenově dostupné a pokročilé funkce.
4. Technologický proces je charakterizován opakovatelných parametry od šarže k šarži uniformity, snadnosti výroby, možnost miniaturizace, vhodné pro automatizovanou montáž.

Tyto funkce umožňují pružně, přesně a rychle sledovat změny teploty. Citlivost produktu je dána koeficientem Seebeckovým dosáhla 100 mV / K. Hlavní charakteristikou termočlánků - parametr stability v závislosti na mechanické, tepelné, magnetické, a tak dále. dopady. Z tohoto důvodu není vždy považován za hlavní charakteristikou stability. Někdy je na úkor účinnosti výběrem slitiny s maximální odolností vůči určitým vnějších faktorů.

Jak termočlánku

Seebeck účinek je dlouhý zůstal bez udání důvodu. Dnes rozlišujeme dvě teorie popisující procesy:

• kinetická (mikroskopické);
• termodynamické (makroskopická).

To naznačuje, že přesné údaje o mechanismu působení termoelektrického článku v dnešní vědě není.

jednoduché vysvětlení

Za prvé, než ponořit se do složité teorie, se navrhuje, aby zvážila jednoduché vysvětlení daný studenty různých univerzitách. Odborní interpretovat události, založený na termoelektrickém emisní jevu a elektronegativita kovů a slitin. První z nich je známo, že se vznášel na světlo, když je žárovka vlákno vyvinuté. Předpoklady se stal Edison výzkumu. Elektronické lampa práce, protože se ve vakuu předehřáté elektrodě začne vydávat nosičů náboje z povrchu. Samozřejmě, byly brzy zavedené lídry v oboru, povrch je nyní vztahuje elektrolýzou správných materiálů.

Podstatou účinku thermionic emisí: nosiče náboje vykazují nulový pracovní funkci krystalové mřížky. Předpokládá se, že za normální teploty se vznáší nad kovového povrchu tenkou elektronový oblak. Ale na body image pozitivního náboje na případu není. Výsledkem je, že topný výkon elektron dostává energii a mohl opustit kov. Hodně intenzita procesu je pozorována při teplotě 1000 K. Práce funkce není stejná pro kovy, vědci jsou přesvědčeni, že je to částečně způsobeno jejich elektronegativita.

Jsou-li oba vzorky uvedou do styku, proces přerozdělování začíná. K tomu dochází až hustá elektronový oblak kovu vyrovnává druhý. Tento proces se zdá být kompletní. Ale... prostě Seebeck objevil, že teplo tvoří poplatků. Rekombinace se vyskytují, fúzi a rozpadu, jako výsledek termočlánku, vytvořených na koncích potenciální rozdíl. Účinek je zvýšit použitím dvou nebo více uzlů. Co dělat fyziku v první polovině XIX století. Potom se první termočlánek uzlem se zahřívá a druhý se ochladí.

Při zahřátí, hustota osnovy elektronových mraků obou kovů sílí. V důsledku toho je potenciální rozdíl zvětšuje. Energie zažene tepelná energie je kompenzován zdroj proudu. Seebeck účinek se projevuje při jakékoliv teplotě, silně zvyšuje se jeho zvýšení.

Termodynamická teorie Seebeckovým efektem

Termodynamická teorie pracuje s běžnými hodnotami: proudění, přechody sil. Při řešení rovnic získaných Ohmův zákon o vztahu mezi proudu, napětí, odporu a Fourier - tepelný tok komunikace a teplotním spádu. Zavedené zvláštní faktory s konkrétními jmény:

• Izolované vodivost (inverzní odporu);
• tepelná vodivost.

Výsledná rovnice je důsledkem přítomnosti jednou tří účinků: Seebeckovým, Peltier a Lord Kelvin. Jsou nastaveny převážně experimentální, bez teorie. Seebeck účinek je již poměrně zvážit Peltier objevili tvorbu rozdílu reverzní teplota přechodu proudem. Thomson účinek složitý. Tvrdí, že když se spolu (rozdíl) se teplota vodiče spád začne převedena (propuštěn, nebo absorbovaná) tepla. zkoumal a dokázal právního termodynamické teorie:

1. Mezilehlé kovy v uzavřeném okruhu z různých kovů při stejné teplotě EMF nulového součtu. To je považováno za projev druhého termodynamického zákona. Práce se neprovádí bez vynaložení energie. Co se stane v „Proof stejná teplota křižovatkách: přestupu tepla vzhledem k aktuální nemožné, protože Peltierova jevu. To by způsobilo oteplení některých oblastech a další chlazení. To by znamenalo přesun tepla z chladnějších míst v nepřítomnosti externího zdroje. Klimatizace nemohla pracovat na elektřinu, ale díky speciálnímu připojení kabeláže. "
2. Magnus v uzavřené smyčce ze stejného materiálu není podporována aktuální rozdíl teplot. Důsledek tohoto zákona byla závislá pouze na rozdílu mezi teplotami spojovacích EMF. Nebojte se o topení nebo chlazení vnějších podmínek samotných vodičů.
3. Po sobě jdoucí (meziprodukt) Teplota: algebraický součet emf na obrysu v rozmezí od T1 až T3 Algebraický součet emf složené podél obrysu v intervalech od T1 do T2 a T2 se na T3, se všemi hodnotami T1, T2 a T3.

Všechny tři zákona tvrdí, že výsledná elektromotorická síla se stává funkcí pouze teplotou přechodu. Tyto postuláty jsou uznávány jako základ pro měření, včetně toho, co se děje v domácích chladniček. Další léčba: termočlánek není nutně obsahuje dva kovy. Chcete-li měřit teplotní gradient podél thermoelectrode, to je dost pro jeden výskyt EMF. Druhý materiál bude kontaktovat zjištění. To je případ degenerované a poměrně efektivní termočlánkem, vycházející ze základních rovnic termodynamické teorie. V důsledku toho je účinek předpovídal analyticky.

Vyrábí se v obrázku níže s ohledem na složitost záznamu matematických vzorců Internet uložení. Je vidět, že v nepřítomnosti elektrického proudu je zjednodušena první rovnice termodynamické teorie. Z toho vyplývá, že odstraněním napětí analogově-digitální převodník s menším omezení proudu napájení, chladnička Bosch stojí „termočlánek“ jediného kovu.

Rozlišení mezi absolutní a relativní EMF. Druhá označuje pár materiálů, a první - charakterizuje pouze jeden. Absolutní EMF se měří za použití standardu, pro které jiné metody již měřené uvedené hodnoty (olej olej). Z pokusů je diferenciální EMF, který umožňuje vypočítat hodnotu. Standardy v současné době uznány:

• Pro poměrně vysoké teploty (nad 100 K): platiny, zlata, mědi, wolframu.
• Olovo v ostatních případech.

Při velmi nízkých teplotách pod 20 K je absolutní EMF stanovena přímo. V některých materiálech se stává nulou a kombinuje testovaného vzorku s párem okamžitě přijde na požadovanou hodnotu. Většina kovů absolutní EMF v rozmezí od 0 do 80 mV / K.

kinetická teorie

Kinetická teorie má co do činění s nerovnovážného stavu životního prostředí. Studuje jim v pohybu. Je založen na Bardeen-Cooper-Schrieffer, není tak dobře známý veřejnosti. S přihlédnutím k pravděpodobnosti přijata teorie, každá částice je posuzována individuálně, a to bez ohledu na celkový výkon systému. Pro tuto teorii nazývá mikroskopické.

S ohledem na pojetí zavedeny: Cooper pár elektronů povrch Debye frekvence Fermiho a tak dále. Teorie působí pravděpodobnostních rovnic pozice částic, funkce Boltzmannova. Podle reprezentacích vědy na počátku XX století, v každém kovu, existuje určitá koncentrace elektronů rozptýlené náhodně, ale poslouchat model Boltzmann. Tyto různé teorie byly pojmenovány:

• Cancer.
• Drude.
• Lorentz.
• Debye.

Podle modelu Boltzmannova, průměrná translační energie pohybu částic je 2/3 kT, kde k - je Boltzmannova konstanta. Podle tohoto výkladu termoelektrického EMF je funkcí koncentrace částic v obou kovů termočlánku a teploty (viz. Obr.). Je snadné ověřit, že vzorec uvedený pro kovové neodpovídá reálným pozorováním. To se provádí jednoduše počítat hodnoty emf na dělení teplotní rozsah a najít koeficient Seebeck. Zjevně přeceňovat.

Diskuse vzorec počátku století XX byla vyloučena Frenkel a Sommerfeld teorie (1927). Poslední elektrony jsou umístěny v modelu kvantové statistiky Fermi-Dirac. Sommerfeld Seebeckův koeficient je dosaženo velmi malé množství. To lze snadno vysvětlit tím, že formule kinetické teorie pracovat s koncentrací elektronů přímo, ale je obtížné měřit a kontrolovat.

Semiconductors lépe poslouchat kinetickou teorii. Elektrony z materiálu s vyšší hustotou difúzní a dosáhnout na rozhraní. Tento proces pokračuje tak dlouho, dokud pole čítače „emigranti“ vyvažuje tok protisměrný pohyb. Pokud jde o vysvětlení procesu kinetické teorie se neliší od argumentů, obsazení obou okruhů výše, ale tam jsou nuance:

1. Se zvyšující se koncentrací nosičů určitého znakového toku přenáší je na studeném konci, ale jsou již akumulovaný náboj zabraňuje během procesu. Nositelé opačným znaménkem, naopak urychlovány na poli. Výsledkem je, že čítač toků na rozhraní mezi médii se bude rovnat, a potenciální rozdíl je stanovená hodnota teploty.
2. Koeficient difúze je úzce spojena s mobilitou náboje. Tento vztah je založen Einstein. Nerovný koncentrace je vytvořen, tedy teplotní gradient. Osoby se sníženou pohyblivostí poplatků tvoří jakýsi korku jí stojí v cestě z důvodu nízké rychlosti pohybu. Pole tohoto hromadění nosičů náboje opačného znaménka křídel částic. V důsledku toho je proces dosáhne rovnováhy.

Přítomnost dvou nosných symbolů v důsledku vysokých Seebeck koeficientů v polovodiči. V kovy mají zvýšené koncentrace elektronů dosáhne 10 sextillions na krychlový centimetr. V důsledku toho, že kolísání teploty z obrázků nemohou být velká, což vysvětluje nízký koeficient Seebeckovým kovů.