Seebeck vaikutus

Seebeck vaikutus - on muodostumista potentiaalieron rajapinnalla kahden eri materiaaleista kuumentamalla alalla.

historiasta

Historia on hiljaa, hän halusi saada Seebeckin vuonna 1822, kun lämmitetään kosketin antimonia ja vismuttia. Ehkä vaikutus johtui satunnainen yhteensattumia, kuten usein tapahtuu, ja miten se tapahtui Ørsted kompassinuolen. Galvanometer Seebeckin kirjataan, kun käsi on tilalla termopari risteyksessä. Sitä pidetään onnellinen yhteensattuma, hän on omistettava onnistuneen kompassi muotoilu. Laite koostui kahdesta puolikkaasta, joista toinen metallikehys, vanteen toisen lasipinta. Lepää kätensä omaisuutta, Seebeckin sanoi poikkeama magneettineula sen alkuasentoon. Varmasti ero ei ollut kovin huomattava, mutta tutkija kärsivällisesti toistuva kokemusta katsomassa tuloksen.

Kuviosta nähdään, että näytön valaisin aiheuttaa merkittävää taipuma magneettisen pituuspiiri. Tämä johtuu siitä, että kentän virtaa. Nitoa kiinni nuoli edellä kantaa maksut (positiivinen etumerkki) mainitussa suunnassa. Luo pyöreä magneettikentän, joka muuttaa kompassiin. Sitä ei tiedetä, olivatko kompassin tehtiin antimonia ja vismuttia tai Seebeck löydetty materiaaleja myöhemmin yksityisesti, mutta silti termoelementit tehdään usein näiden metallien. Yhdistelmä on valittu sen korkea hyötysuhde.

Käyttö lämpömittarilla generaattorit

Kokeiluun, huomasimme, että tehokkuus termoelementti ulottuu lähes 3%. Alussa XIX vuosisadalla se on melko ihmisarvoisen, pysty kilpailemaan tahansa höyrykone. Neuvostoliiton sisältää tietoa, että lämpösähköinen tehokkuutta ei saavuttanut 0,5%. Ensinnäkin, se ei ole aina kyse erillisiä lämpösähköpareilla ja toisaalta pidetään kommunistinen propaganda. Neuvostoaikana, merkkituotteiden henkilökohtaisten tietokoneiden (käsite kehittynyt Neuvostoliitossa), ja nyt mitään virallista sijaitsee uusi kannettava Koreasta tai Yhdysvalloista. Kirjoittajat ovat todennäköisesti luottaa ulkomaisista lähteistä, johtohahmojen alueella 3%.

Georg Ohm, termoelementillä, avasi tunnettu laki, Faradayn käyttänyt niitä elektrolyysin tutkimusta. Tutkijat nopeasti hankittu maku, ja keskellä XIX vuosisadan olivat jo lämpösähköisillä generaattorit tarpeeksi suuri suorituskyky - ja verhoiluun metalliosien. Kanssa raportin Seebeckin lämpöpari tullut olennainen osa koelaitteistoja tarvittaessa saada vakautta. Ja alkuun mennessä XX vuosisadan olemme luoneet erilaisia ​​rakenteita.

Venäjän -lehti kirjoitti valaistus lämpömittarilla uunissa, Gyulhera akkua käytetään akkujen lataamiseen. Kiinnostus tätä alaa hieman heikentynyt kun keksintö polttomoottori ja sähkömoottorit, mutta nykymaailmassa lämpöparit pidetään lupaavana virtalähteet kehittämiseen mieltä. Kuitenkin mahdollisuus käyttää auringon säteet näyttivät houkutteleva, vaikka alussa XX vuosisadan. Ensimmäinen kokeelliset tiedot julkaistaan ​​1922 olivat: "laite 105 termopareja (kupari-Constantan), pinta-ala on 1 sq. cm kukin, osoittavat tehokkuutta 0,008%, keskipäivällä antaa energiaa noin 61 mW. "

Samalla Seebeckin vaikutusta alettiin käyttää valtaa kannettavat radiot. Aiheena Termosähköisten generaattorit osoittaneet reklamka tuolloin. Plain Englanti lukijoita annetaan ymmärtää, että uusi virtalähde on hyvä kuunnella uusimmat uutiset. Ei ihme, että lyhyessä ajassa ja ilmestyi Neuvostoliitossa lehdessä toteaa ystäville, todettiin, että lämpö kerosiini lamppu voidaan järkevästi käyttää tehoelektroniikan piirien. Czeczik lehdessä "Huono" (1928) raportoivat generaattori oman suunnittelun rauta-nikkeli lämpöparit. Samanlaista artikkeli ilmestyi numerossa 13, "Radifront" -lehden vuonna 1937.

Sodanjälkeisen generaattorit Seebeck vaikutus antoi hyödyllisen vaikutuksen määrä 1 watin 1 kg: n painolla. Mutta tehokkuus on edelleen alhainen. Yhdessä venäläisen kirjallisuuden oikeassa - Neuvostoliiton artikkeleita ei mennyt edellä muita. Jo toisen maailmansodan, Seebeckin vaikutus mukana hiljainen energiaa radioasemanhoitajille, lämpeneminen itsensä tuleen levoton ajan. Harkinnut mahdollisuutta käyttää uudelleen, monet fysiikan oppikirjat sisältävät tietoja generaattorin Joffe, loi 50-luvun alussa (ks. Kuva). Mennessä se oli sitä mieltä, että on mahdollista saavuttaa tehokkuutta 5-7%, annettiin generaattori TGK-3 Radio. aurinkokenno ala on 360 neliömetriä luotiin. nähdä, että saatiin 0,175 wattia tehokkuudella 0,59%. Voidaan nähdä, että se on kasvanut merkittävästi.

Esimerkiksi kerosiini lamppu generaattori Ioffe näyte 50s radio- mahdollistaa syöttö lämpötilassa sisäisen liittymissä 300-350 astetta ja ulkoinen - alueella 60. Sitten olemme osoittaneet kykyä luoda laitteisiin, jonka hyötysuhde on 8%. Kehityksen historiaan lämpösähköinen generaattoreiden uusimpaan aika mahdollista harkita asiaa osassa, ja nyt tarkastella fysikaalisten prosessien esiintyviä johtimiin.

lämpöanturit

Alkuun mennessä 80-luvulla 40% kaikista teollisuuden tarvittavat mittaukset lämpötilasta ja 2/3 ja että antureiden määrä työtä Seebeckin vaikutus. Tutkijat nopeasti tuli siihen tulokseen, että huono hyötysuhde on perusteltua korkean tarkkuuden. Neuvostoliitossa, se olisi oppinut ennemmin vaivaa kääntää Venäjän työhön Georg Ohmin varhaisen 20-luvun XIX vuosisadalla. Ravistamalla leveys hakemuksen laitteiden - +0,5-3000 K.

Rehottaa teollistuminen on aiheuttanut tarpeen uusia menetelmiä valvonta teknologisia prosesseja. Kasvaville näköaloja ei pysy työväenluokan ja ihmiset tarvitsevat lepoa ja vapaa. Kun sanat kirjailija, tieteellisiä löytöjä ovat yleistyneet Yhdysvalloissa, kun se oli mahdollista luoda elämää ja rauhoittaa militantti intiaanit. Ilman tiedettä, maa ei kehitä eikä näe voittoa, vapaa-ajan ja vapaa-aikaa pidetään arvokkaana voimavarana. Edut antureita Seebeckin vaikutus ovat:

1. Alhaisen inertian. Jos se on tarpeen ensimmäisen tuotteen stabiilisuuteen, mikä tekee niistä tarkoituksella hankalaa, hidas vaste ulkoiseen ympäristöön, moderni termoelementti (ks. Kuva) on kooltaan pieni ja se on sisällytetty koostumukseen ja kuluttajan laitteet (esim., Jääkaapit).
   

   moderni termoelementin

2. Asennuksen helppous. Mies, joka on edessään tarvetta korvata ilmanpaineen jääkaapin termostaatti tietää, miten se on vaikeaa ja aikaa vievä prosessi. Termopari on kytketty leikattu lanka, nopeasti ja helposti.
3. Laaja valikoima lämpötilan mittaus on alleviivattu. Tänään jopa testaajat myydään kuluttajalle termoelementin anturina. Valikoima riippuu ominaisuuksista, se on helppo valita kohtuuhintaisia ​​ja lisäominaisuuksia.
4. Teknisen prosessin on tunnusomaista toistettavissa parametrit erästä toiseen yhdenmukaisuus, valmistuksen helppous, mahdollisuus pienentämisen, joka soveltuu automaattiseen kokoonpanoon.

Nämä ominaisuudet mahdollistavat joustavasti, tarkasti ja nopeasti seurata lämpötilan muutoksia. Herkkyys tuote määritetään Seebeckin kerroin, saavuttaa 100 mV / K. Tärkein ominaisuus lämpöparit - vakauden parametri riippuen mekaanisen, termisen, magneettinen, ja niin edelleen. vaikutuksia. Näin ollen se ei aina pidetä tärkein ominaisuus vakautta. Se on joskus haitaksi tehokkuus valitsemalla kanssa seoksen mahdollisimman hyvä vastustuskyky tiettyjä ulkoisia tekijöitä.

Miten termoelementillä

Seebeckin vaikutus on pysynyt pitkään ilman selitystä. Tänään erottaa kahta teoriaa kuvaavat prosessit:

• kineettinen (mikroskooppinen);
• termodynaamisen (makroskooppiset).

Tämä viittaa siihen, että tarkkaa tietoa vaikutusmekanismi termopari nykypäivän tiede ei ole olemassa.

yksinkertainen selitys

Ensinnäkin sen sijaan sukeltaa monimutkainen teoria, ehdotetaan harkita yksinkertaisen selityksen opiskelijoiden eri yliopistoissa. Professorit tulkita tapahtuma, joka perustuu lämpösäteilyä ilmiö elektronegatiivisuuteen metallit ja seokset. Ensimmäinen tiedetään kellui valoa, kun hehkulamppu hehkulanka kehitetty. Edellytykset tuli Edisonin tutkimusta. Elektroninen merkkivalo toimii koska vakuumissa esikuumennettuun elektrodi alkaa lähettää varauksenkuljettajien pinnasta. Tietenkin, olivat pian perustettiin johtajien alalla, pinta on nyt kattaa elektrolyysin oikeat materiaalit.

Olennaista vaikutuksen thermionic päästöt: varauksenkuljettajien näytteille nolla työtä tehtävänä kidehilan. Uskotaan, että normaalissa lämpötilassa leijuu metallin pintaan ohut elektroni pilvi. Mutta kehon kuva positiivinen varaus asia ei ole. Tämän seurauksena, kuumentamalla lähtö elektroni saa energiaa ja pystyy jättämään metalli. Paljon intensiteetti prosessin havaitaan lämpötilassa 1000 K. Työ toiminto ei ole sama metallien, tutkijat uskovat, että tämä johtuu osittain niiden elektronegatiivisuutta.

Kun kaksi näytettä saatetaan kosketukseen, uudelleenjakeluprosessissa alkaa. Tämä tapahtuu, kunnes tiheä elektroni pilvi metallin tasapainottaa muiden. Prosessi näyttää olevan täydellinen. Mutta... vain Seebeck havaitsivat, että lämpö muodostaa maksuja. Tapahtuu rekombinaatio, fuusio ja hajoamisen seurauksena termopari on muodostettu päihin potentiaaliero. Vaikutus on parannettu käyttämällä kahta tai useampaa liittymissä. Mitä tehdä fysiikan alkupuoliskolla XIX vuosisadan. Sitten ensimmäinen termopari liitos lämmitetään ja toinen jäähdytettiin.

Kun sitä kuumennetaan, loimi tiheys elektroniverhojen kahden metallin vahvistuu. Näin ollen, mahdollinen ero kasvaa. Energia poistaa lämpöenergiaa kompensoidaan virtalähdettä. Seebeck vaikutus ilmenee missä tahansa lämpötilassa, kasvaa voimakkaasti sen kasvua.

Termodynaaminen teoria Seebeckin vaikutuksen

Termodynaaminen teoria toimii yhteisiä arvoja: virtaus, kaltevuudet voimia. Ratkaisemalla yhtälöt saadaan Ohmin lain suhdetta virran, jännitteen, vastuksen ja Fourier - lämpöä tiedonkulun ja lämpötilagradientin. Käyttöön erityinen tekijöitä tiettyjä nimiä:

• Eristetty johtavuus (käänteisar- vo);
• lämmönjohtavuus.

Tuloksena yhtälö on seurausta läsnä kerran kolme vaikutusta: Seebeck, Peltier ja Lord Kelvin. Ne sijaitsevat pääosin kokeellista ilman teoriaa. Seebeckin vaikutus on jo melko katsotaan, Peltier löysi muodostumista käänteisen liitoksen lämpötilan ero nykyisen. Thomson vaikutus monimutkainen. Hän väittää, että kun pitkin (ero) johtimen lämpötilagradientti alkaa siirtää (julkaistiin tai absorboitunut) lämpöä. tutkitaan ja todisti oikeudessa termodynaaminen teoria:

1. Välituote metallien suljetussa piirissä on tehty erilaisia ​​metalleja samassa lämpötilassa EMF nolla summa. Tätä pidetään osoituksena toisen termodynamiikan. Työ ei tehdä ilman energian kulutuksen. Mitä tapahtuu samassa lämpötilassa liitosten "Todistus: lämmönsiirto johtuu nykyisestä mahdotonta Peltier vaikutus. Tämä aiheuttaisi lämmitys joillakin alueilla ja muut jäähdytys. Se merkitsisi lämmönsiirron kylmempi paikkoja ilman ulkoista virtalähdettä. Ilmastointi ei toimi sähköllä, mutta koska erityinen johdinliitännät. "
2. Magnus suljetun silmukan samaa materiaalia ei tue nykyistä lämpötilaero. Seurauksena laki oli EMF riippuu vain eroa risteyksessä lämpötiloissa. Älä välitä lämmitys- tai jäähdytys ulkoiset olosuhteet johtimien itse.
3. Peräkkäiset (välituote) Lämpötila: algebrallinen summa smv on muodon välillä T1-T3 on Algebrallinen summa smv taitettu muotoa pitkin väliajoin T1 T2 ja T2-T3, jossa kaikki arvot T1, T2 ja T3.

Kaikki kolme lain väittävät, että tuloksena sähkömotorinen voima tulee funktio vain liitoslämpötilaa. Nämä postulaatit kirjataan mittausten perusteella, kuten mitä tapahtuu Kotijääkaappeihin. Muu käsittely: termopari ei välttämättä sisältää kaksi metalleja. Jos haluat mitata lämpötilagradientti pitkin thermoelectrode, se riittää yksi esiintymisen EMF. Toinen materiaali yhteyttä havainnot. Tässä tapauksessa on degeneroitunut ja varsin tehokas termopari, jotka johtuvat perus- yhtälöitä termodynaamisen teoria. Näin ollen, vaikutus, joka ennustettiin analyyttisesti.

Se on valmistettu alla olevassa kuvassa, kun otetaan huomioon monimutkaisuus tallennuksen matemaattisia kaavoja internet määräämiseen. On nähtävissä, että ilman sähkövirran ensimmäisestä yhtälöstä termodynaamisen teoria on yksinkertaistettu. Tästä seuraa, että poistamalla jännite analogia-digitaali-muuntimen, jolla on pienempi nykyinen raja tarjonta, jääkaappi Bosch maksaa "termopari" yhden metallia.

Erottaa absoluuttinen ja suhteellinen EMF. Toinen viittaa parin materiaaleja, ja ensimmäinen - on tunnusomaista vain yhden. Absoluuttinen EMF mitataan käyttäen standardia, johon muita menetelmiä on jo mitattu osoitettu arvo (Öljy). Kokeista on ero EMF, jonka avulla voidaan laskea arvo. Standardit hetkellä tunnustettu:

• Suhteellisen korkeissa lämpötiloissa (yli 100 K): platina, kulta, kupari, volframi.
• Lyijy muissa tapauksissa.

Hyvin matalissa lämpötiloissa alle 20 K absoluuttinen EMF määritetään suoraan. Joissakin materiaalien tulee nolla ja yhdistämällä testinäyte pari välittömästi tulevat haluttuun arvoon. Useimmat metallit absoluuttinen EMF on alueella 0-80 mV / K.

kineettinen teoria

Kineettinen teoria on tekemistä epätasapainossa ympäristön tilasta. Hän tutkii niitä liikkeessä. Se perustuu Bardeen-Cooper-Schrieffer, ei ole niin hyvin yleisön tiedossa. Kun otetaan huomioon todennäköisyys hyväksytty teoria, jokainen hiukkanen katsotaan erikseen, ottamatta huomioon koko järjestelmän suorituskykyä. Tästä teoria nimeltään mikroskooppinen.

Ottaen huomioon käsitteiden käyttöön: Cooperin parin elektronien Fermi-pinnan Debye taajuus ja niin edelleen. Teoria toimii probabilistinen yhtälöt kannat hiukkasten, Boltzmannin toiminto. Mukaan esityksiä tieteen alussa XX vuosisadan jokaisessa metalli on tietty pitoisuus elektronien hajallaan sattumanvaraisesti, vaan tottelevat Boltzmannin mallin. Näiden eri teorioita nimettiin:

• Syöpä.
• Drude.
• Lorentz.
• Debyetä.

Mukaan Boltzmannin mallin, keskimääräinen translaation liike-energia, hiukkasten on 2/3 kT, missä k - on Boltzmannin vakio. Tämän tulkinnan mukaan lämpösähköinen EMF on funktio hiukkasten pitoisuus kahden metallin termoparin ja lämpötilaa (ks. Kuva). On helppo tarkistaa, että esitetyn kaavan metalli- ei vastaa todellista huomautuksia. Tämä suoritetaan yksinkertaisesti laskemalla EMF arvot jakamalla lämpötila-alueella ja löytää Seebeckin kerroin. Hän selvästi yliarvioitu.

Kiistaa kaava alussa XX vuosisadan poistettiin Frenkel ja Sommerfeld teoria (1927). Viime elektronit sijoitetaan mallissa kvanttistatistiikkaa Fermi-Dirac. Sommerfeld Seebeckin kerroin saadaan hyvin pieni määrä. Tämä on helppo selittää sillä, että kaavan kineettisen teorian toimivat elektronin pitoisuudet suoraan, mutta niitä on vaikea mitata ja seurata.

Puolijohteet paremmin totella kineettinen teoria. Elektroneja materiaalin, jolla on suurempi tiheys diffuusi ja tavoitella liitäntä. Prosessi jatkuu niin kauan kuin laskuri kenttä "siirtolaisia" tasapainottaa liikettä vastavirtaan. Kannalta selittää prosessin kineettisen teorian ei poikkea väitteistä, valettu otsikoiden edellä, mutta on olemassa vivahteita:

1. Pitoisuuden kasvaessa kantajia tietyn merkin virta kuljettaa ne kylmässä päässä, mutta on jo kertynyt varaus estää prosessin aikana. Kantajia vastakkaista merkkiä päinvastoin kiihdyttää kentän. Tämän seurauksena, laskuri virtaa välisellä rajalla media on yhtä suuri, ja potentiaaliero on määritetty lämpötila-arvo.
2. Diffuusiokerroin liittyy läheisesti maksun liikkuvuutta. Tämä suhde on perustettu Einstein. Epätasainen pitoisuus on luotu, jolloin lämpötilagradientti. Vähemmän liikkuvia maksut eräänlaisen korkki sen tielle koska alhainen liikkeen nopeus. Alalla kasautumista varauksenkuljettajien vastakkaista merkkiä siivet hiukkasia. Tämän seurauksena prosessi saavuttaa tasapainon.

Läsnä kaksi kantaja-symbolia johtuen suuresta Seebeckin kertoimien puolijohde. Metallien on lisääntynyt pitoisuus elektronien saavuttaa 10 sextillions kuutiosenttimetriä kohti. Näin ollen lämpötilan vaihtelut lukujen ei voi olla suuri, mikä selittää alhaisen Seebeckin kerroin metalleja.