אפקט Seebeck

אפקט Seebeck - הוא ההיווצרות של פרש פוטנציאלים בממשק הגבול של שני חומרים שונים על ידי חימום האמנות.

מההיסטוריה

ההיסטוריה שותקת, הוא רצה לקבל את Seebeck ב 1822, כאשר חממו קשר מתוך אנטימון ביסמוט. אולי התוצאה היתה תוצאה של התרחשויות אקראיות, כפי שקורה לעתים קרובות, ואיך זה קרה ב ארסטנד של חץ הצפון. גַלוָנוֹמֶטֶר Seebeck רשם כאשר יד החזיקה לצומת התרמית. זה נחשב צירוף מקרים מאושר, הוא חייב להיות בעל עיצוב מצפן מוצלח. המכשיר מורכב משני חצאים: מסגרת מתכת אחת, שפת כיסוי זכוכית אחרת. מניח את ידו על הנכס, Seebeck אמר סטייה של המחט המגנטית מהעמדה המקורית שלו. הרי ההבדל לא היה יותר מדי מורגש, אבל המדען בסבלנות ולחזור על החוויה של צפיית התוצאה.

הנתון מראה כי מנורת התצוגה גורמת סטייה משמעותית של מרידיאן המגנטי. זאת בשל זרם השדה זורם. סיכות, לדבוק חץ מעל, נושאת חיובים (סימן חיובי) ב אמר כיוון. יצירת שדה מגנטי עגול שמשנה את קריאות המצפן. לא ידוע בודאות אם המצפן נעשה מתוך אנטימון ביסמוט או Seebeck מצא חומרים בהמשך פרטי, אך עדיין צמדים נעשים לעתים קרובות של מתכות אלה. השילוב נבחר עבור היעילות הגבוהה שלה.

השימוש גנרטורים תרמו-אלקטריים

ניסוי, מצאנו כי היעילות של תרמי מגיעה כמעט 3%. בתחילת המאה ה XIX זה די הגון, מסוגל להתחרות עם כל מנוע קיטור. בספרות סובייטית מספק מידע כי היעילות והתרמית לא הגיעה 0.5%. ראשית, זה לא תמיד רואה צמדים נפרדים, ושנית, נחשב תעמולה קומוניסטית. בתקופה הסובייטית, ממותגים מחשבים אישיים (מושג שהתפתח בברית המועצות), ועכשיו כל הרשמית מתגאה מחשב נייד חדש למותג מקוריאה או בארצות הברית. המחברים נוטים יותר להסתמך על מקורות זרים, אישים מובילים באזור של 3%.

גיאורג אוהם, באמצעות תרמי, פתחה את החוק הידוע, פאראדיי השתמש בהם למחקר אלקטרוליזה. מדענים במהירות ופיתח חיבה, עד אמצע המאה ה XIX היו כבר בהווה גנרטורים תרמו-אלקטריים ביצועים מספיק גדול - ועל חיפוי של חלקי מתכת. עם דו"ח Seebeck תרמי יהפוך לחלק אינטגרלי של מתקני הניסוי שבו נדרש לקבל יציבות. ובתחילת המאה ה XX יצרנו מערך של מבנים.

מגזין הרוסי כתב על הדלקת תנור חימום, סוללת Gyulhera משמשת לטעינת סוללות. ריבית בתחום זה נחלשה מעט לאחר המצאת מנוע הבעירה הפנימית, מנועי חשמל, אבל בסופו של הצמדים בעולם המודרניים נחשבות מקורות כוח מבטיחים לפיתוח הנוף. עם זאת, הסיכוי באמצעות קרני השמש נראה אטרקטיבי, אפילו בתחילת המאה העשרים. נתוני הניסוי הראשונים שפורסמו בשנת 1922 היו: "המנגנון 105 של צמדים (נחושת-Constantan), על שטח של 1 מ"ר. ס"מ כל אחת, הוכחת היעילות של 0.008%, בצהריים נותן אנרגיה של כ 61 mW. "

במקביל אפקט Seebeck החל לשמש כוח ניידת רדיו. הנושא של גנרטורים תרמו-אלקטריים לראות reklamka ההיא. באנגלית פשוטה קוראים מקבלים להבין כי אספקת החשמל החדשה היא טובה לשמוע את החדשות האחרונות. לא פלא שתוך זמן קצר הופיע בכתב עת בריה"מ מציין אוהבים, דווח כי עששית-הגז החום ניתן להשתמש בהיגיון מעגלי חשמל ואלקטרוניקה. היה צ'צ'יק בכתב העת "העניים" (1928) דיווחו על גנרטור של עיצוב משלו של צמדים-ניקל וברזל. אותו סוג של מאמר שהופיע בבית מספר 13, "Radifront" המגזין 1937.

גנרטורים לאחר המלחמה אפקט Seebeck נתן השפעה חיובית בסך של כוח 1 ואט עבור משקל 1 ק"ג. אבל היעילות היא עדיין נמוכה. בזכות ספרות רוסית אחד - מאמרי מועצות לא קדימה לכל השאר. כבר במלחמת העולם השנייה, השפעת Seebeck ספקה את האנרגיה השקטה של ​​מפעילי רדיו, שהתחמם אש בתוך זמן בעייתי. שקלו את האפשרות של שימוש שוב, ספרי לימוד פיזיקה רבים מכילים מידע אודות גנרטור יופה, נוצר בשנות ה -50 המוקדמות (ראה. איור.). עד שהוא האמין שזה אפשרי להשיג יעילות של 5-7%, הונפקו גנרטור TGK-3 עבור רדיו. אזור תא סולארי של 360 מרובע נוצר. לראות כי נתן 0.175 וואט יעיל של 0.59%. אפשר לראות שזה גדל באופן משמעותי.

לדוגמא, רדיו -50 מדגם גנרטור עששית-הגז יופה לאפשר הזנה בטמפרטורה של צומת הפנימיים של 300-350 מעלות צלזיוס וחיצוניות - בטווח של 60. אז הוכחנו יכולת ליצור התקנים עם יעילות של 8%. היסטוריה של התפתחות גנרטורים תרמו-אלקטריים סוף זמן אפשר להרהר בסעיף הרלוונטי, ועכשיו להסתכל תהליכים פיזיים המתרחשים מנצחים.

חיישנים תרמיים

בתחילת שנתי ה -80 ל 40% מכלל המדידות התעשייתיות הדרוש על הטמפרטורה 2/3 מזה מספר החיישנים לעבוד על אפקט Seebeck. מדענים הגיעו במהירות למסקנה כי היעילות הנמוכה מוצדקת על ידי דיוק גבוה. בברית המועצות, זה היה למדו במוקדם לטרוח לתרגם לרוסית את עבודתם של 20-ies מוקדם של גיאורג אוהם של המאה התשעה עשר. טלטול ולרוחבה של התקני יישום - מ 0.5 כדי 3000 K.

תיעוש משתולל גרם צורך השיטות חדשות עבור הבקרה של תהליכים טכנולוגיים. לגידול אופקים לא לשמור על קשר עם מעמד הפועלים והאנשים זקוקים למנוחה ולפנאי. במילותיו של סופר, תגליות מדעיות הפכו דבר שבשגרה בארצות הברית, כאשר ניתן היה להקים לחיים וכדי להרגיע את האינדיאנים המיליטנטיים. בלי מדע, המדינה אינה מתפתחת ואינה רואה את הרווח, פנאי וזמן חופשי נחשב כמשאב בעל ערך. היתרונות של חיישנים על אפקט Seebeck הם:

1. אינרציה נמוכה. אם נדרש על ידי יציבות המוצר הראשונה, מה שהופך אותם מסורבלים בכוונה, תגובה איטית אל הסביבה החיצונית, תרמי מודרני (ראה. איור.) הוא קטן בגודלו ונכלל המכשירים הרכב ומוצרי הצריכה (לדוגמה, מקררים).
   

   תרמי מודרני

2. קלות ההתקנה. האיש הוא מתמודד עם הצורך להחליף את התרמוסטט במקרר הברומטרי יודע כמה זה קשה ונדרש זמן רב בתהליך. התרמי מחובר חתך של תיל, במהירות ובקלות.
3. מגוון רחב של מדידת הטמפרטורה הדגיש. היום, אפילו בודקי נמכר תרמי הצרכן כחיישן. הטווח הוא תלוי בתכונות העיצוב, זה קל לבחור תכונות סבירות ומתקדמות.
4. התהליך הטכנולוגי מאופיין פרמטרי דיר תצווה כדי אחיד יצווה, וקלות הייצור, האפשרות של מזעור, מתאים הרכבה אוטומטית.

תכונות אלו מאפשרות גמישות, דיוק ולעקוב אחר שינויים בטמפרטורה במהירות. הרגישות של המוצר נקבע על ידי מקדם Seebeck, והגיע 100 mV / ק המאפיין העיקרי של צמדים - פרמטר היציבות תלוי מכני, תרמי, מגנטי, וכן הלאה. משפיע. לכן זה לא נחשב תמיד להיות המאפיין העיקרי של יציבות. זה לפעמים לרע יעילות על ידי בחירת סגסוגת עם התנגדות מקסימלית גורמים חיצוניים מסוימים.

איך תרמי

השפעת Seebeck היא נשארה ארוכה ללא הסבר. היום להבחין שתי תיאוריות המתארות את התהליכים:

• קינטי (מיקרוסקופי);
• תרמודינמיים (מקרוסקופית).

הדבר מצביע על כך נתונים מדויקים על מנגנון הפעולה של תרמי במדע של היום הוא לא שם.

הסבר פשוט

ראשית, במקום לצלול לתוך תיאוריה מורכבת, מוצע לשקול את ההסבר הפשוט שנתן הסטודנטים של אוניברסיטאות שונות. פרופסורים לפרש אירוע, המבוסס על תופעת הפליטה תרמיונית ו אלקטרושליליות של מתכות וסגסוגות. הראשונה נקראת להיות צפה על האור כאשר הנימה הנורה פתחה. תנאים מוקדמים הפכו המחקר של אדיסון. העבודות מנורה אלקטרונית משום אלקטרודה שחומם מראש vacuo מתחיל לפלוט נושאי מטען מפני השטח. כמובן, הוקמו בקרוב מובילים בתחום, השטח מכוסה כעת על ידי אלקטרוליזה של חומרים התקינים.

מהות ההשפעה של פליטת תרמיונית: נושאי מטען להפגין תפקוד בעבודה אפס של הסריג הגבישי. הוא האמין כי בטמפרטורה רגילה מרחף מעל מתכת משטח ענן אלקטרונים דק. אבל על דימוי הגוף של המטען החיובי על המקרה הוא לא. כתוצאה מכך, חימום אלקטרוני פלט מקבל את האנרגיה ומסוגל לעזוב את המתכת. האינטנסיביות הרבה של התהליך הוא ציין בטמפרטורה של 1000 ק פונקציית העבודה אינה זהה עבור מתכות, מדענים מאמינים כי זה נובע בחלקו אלקטרושליליות שלהם.

כאשר שתי הדגימות מובאים במגע, בתהליך חלוקה מחדש מתחיל. זו מתרחשת עד ענן אלקטרונים צפוף של מתכת מאזן את השני. התהליך נראה שלם. אבל... רק Seebeck גילה כי החום מפצה חיובים. רקומבינציה להתרחש, פיוז'ן התפוררות, כתוצאה תרמי נוצר בקצות הפרש הפוטנציאל. ההשפעה היא משופרת באמצעות שתיים או יותר צמתים. מה לעשות הפיזיקה במחצית הראשונה של המאה התשעה עשר. ואז לצומת תרמי הראשונה מחוממת והשני מקורר.

כאשר מחומם, צפיפות עיוות של ענני האלקטרונים של שתי המתכות מתחזקת. כתוצאה מכך, הבדל הפוטנציאל מגדיל. אנרגית האנרגיה מסירת חום מפוצה מקור נוכחי. אפקט Seebeck מתבטא בכל טמפרטורה, מגדיל מאוד עם הגידול שלה.

התיאוריה התרמודינמית של אפקט Seebeck

התיאוריה תרמודינמיים פועלת עם ערכים משותפים: זרימה, כוחות הדרגתיים. עד לפתרון משוואות השיגו חוק אוהם על היחסים בין נוכחית, מתח, התנגדות פורה - זרימת חום של תקשורת גרדיאנט טמפרטורה. גורמים מיוחדים הציגו עם שמות ספציפיים:

• מוליכות מבודדים (ההופכי של התנגדות);
• מוליכות תרמית.

המשוואה המתקבלת היא תוצאה של נוכחות של פעם בשלושה אפקטים: Seebeck, פלטייה לורד קלווין. הם נקבעים על פי רוב ניסיוני, בלי תיאוריה. השפעת Seebeck כבר הנחשבת למדי, פלטייה גילתה את ההיווצרות של הבדלי טמפרטורת צומת הפוכים על ידי הזרם. תומסון אפקט מורכב. הוא טוען כי כשיש יחד (הבדל) שיפוע הטמפרטורה המנצחת מתחיל שהועבר (שוחרר או נספג) חום. בחן והוכיח במשפט בתיאוריה תרמודינמי:

1. מתכות ביניים במעגל סגור עשוי מתכות שונות בסכום זהה הטמפרטורה EMF אפס. זה נחשב ביטוי של החוק השני של התרמודינמיקה. העבודה לא נעשתה ללא בזבוז אנרגיה. מה קורה באותו צומת טמפרטורה "Proof: העברת החום בשל אי אפשר הנוכחי בגלל אפקט פלטייה. זה יגרום לחימום של אזורים מסוימים וקירור אחר. פירוש הדבר יהיה העברת החום מן המקומות הקרים בהעדר למקור מתח חיצוני. מיזוג אוויר אינו יכול לפעול על חשמל, אבל בשל קשרי חיווט מיוחדים. "
2. מגנוס בלולאה הסגורה של אותו החומר אינו נתמך על ידי הבדלי טמפרטורה נוכחיים. בשל החוק היה EMF תלוי רק על ההבדל בין טמפרטורות צומת. אל תדאגו החימום או הקירור של התנאים החיצוניים של מוליך את עצמם.
3. טמפרטורה עוקבות (ביניים): סכום אלגברי של EMF על הגובה נע בין T1 ל T3 הוא סכום אלגברי של EMF מקופל לאורך קווי המתאר במרווחי מ T1 ל T2 ומן T2 ל T3, עם כל הערכים של T1, T2 ו- T3.

כל שלושת החוק טוענים כי כוח אלקטרומניע שיתקבל יהיה פונקציה של טמפרטורת הצומת בלבד. עקרונות היסוד הללו מוכרים כבסיס מדידות, כוללים מה שקורה מקררים ביתיים. טיפול אחר: תרמי הוא לא בהכרח מכיל שתי מתכות. אם אתה רוצה למדוד את שיפוע הטמפרטורה לאורך thermoelectrode, זה מספיק עבור מופע אחד של EMF. חומר שני יצור קשר עם הממצאים. זהו המקרה של מנוון למדי תרמי יעיל, נובע המשוואות הבסיסיות של התאוריה התרמודינמית. כתוצאה מכך, ההשפעה ניבאה בצורה אנליטית.

הוא עשוי לראות בתמונה הבאה לאור המורכבות של הקלטת הטלת אינטרנט נוסחות מתמטיות. הוא ראה כי בהיעדר זרם חשמלי המשוואה הראשונה של התיאוריה התרמודינמית היא פשוטה. מכאן נובע כי הסרת הממיר אנלוגי לספרתי מתח עם אספקת מגבלה הנוכחית קטנה, מקרר Bosch עולה "תרמית" של מתכת בודדת.

הבחנה בין EMF המוחלט ויחסים. השני מתייחס זוג חומרים, ואת הראשון - מאפיינת רק אחת. EMF המוחלט נמדד באמצעות תקן, אשר שיטות אחרות כבר נמדדו מצוינות ערך (שמן). מהניסויים הוא EMF הפרש, המאפשר לחשב את הערך. תקנים כרגע מוכרים:

• לטמפרטורות גבוהות יחסית (מעל 100 K): פלטינה, זהב, נחושת, טונגסטן.
• עופרת במקרים אחרים.

בטמפרטורות נמוכות מאוד מתחת 20 K את EMF המוחלט נקבע ישירות. בחלק החומרים הופך אפס, משלב מדגם הבדיקה עם זוג מייד מגיע לערך הרצוי. רוב המתכות EMF מוחלט טווח בין 0 80 mV / ק

התיאוריה הקינטית

התאוריה הקינטית קשורה למצב הלא-שיווי המשקל של הסביבה. הוא לומד אותם בתנועה. היא מבוססת על ברדין-קופר-Schrieffer, הוא לא כל כך ידוע לציבור. בתמורה התיאוריה המקובלת ההסתברות, כל החלקיקים נחשב בנפרד, ללא קשר ביצועי המערכת הכוללת. לשם כך התיאוריה המכונה מיקרוסקופיים.

בתמורה מושגים הציג: זוג קופר של אלקטרונים בתדירות דביי משטח פרמי וכן הלאה. תורה מפעילה עמדות משוואות הסתברותית של החלקיקים, הפונקציה בולצמן. על פי ייצוגים של מדע בתחילת המאה XX בכל מתכת קיים ריכוז מסויים של אלקטרונים מפוזרים באקראי, אלא לציית המודל בולצמן. תיאוריות מגוונות אלו נקראו:

• סרטן.
• דרודה.
• לורנץ.
• דביי.

על פי המודל בולצמן, אנרגית translational הממוצעת של תנועה של החלקיקים הוא 2/3 KT, כאשר k - הוא בולצמן של מתמיד. לדברי EMF התרמו פרשנות זו היא פונקציה של ריכוז החלקיקים בשתי המתכות של תרמי ו הטמפרטורה (ראה. איור.). קל לוודא כי הנוסחא שהוצגה עבור המתכת אינה תואמת את התצפיות אמיתיות. זה מתבצע פשוט על ידי ספירת ערכי EMF על חלוקת טווח הטמפרטורות ולמצוא קדם Seebeck. הוא בבירור להפריז.

מחלוקת בתחילת הנוסחה של המאה העשרים חוסל פרנקל התיאוריה של זומרפלד (1927). האלקטרונים אחרונים ממוקמים המודל של סטטיסטיקה הקוונטית של פרמי-דיראק. מקדם זומרפלד Seebeck מתקבל כמות קטנה מאוד. זה מוסבר בקלות על ידי העובדה כי הנוסחא של התאוריה הקינטית לפעול עם ריכוזי אלקטרונים ישירות, אבל הם קשים למדוד ולעקוב אחר.

סמיקונדקטורס טוב לציית התיאוריה הקינטית. אלקטרונים מחומר עם מפוזר צפיפות גבוה ולהגיע הממשק. התהליך נמשך עוד כשדה לדלפק "מהגרים" מאזן את זרימת התנועה מונה. מבחינת המסביר את תהליך התיאוריה הקינטית שונה לא מן הטיעונים, להטיל לעיל שתי כותרות, אבל יש ניואנסים:

1. עם ריכוז מוגבר של נשאים של זרם סימן מסוים נושאת אותם עד הסוף קר, אבל יש כבר מטען שנצבר מונע בתהליך. נושאי הסימן ההפוך, להיפך, הואץ על ידי השדה. כתוצאה מכך, מונה זורם בגבול בין התקשורת יהיה שווה, ואת ההבדל פוטנציאל ערך טמפרטורה נחוש.
2. מקדם הדיפוזיה קשורה קשר הדוק עם ניידות תשלום. ביחס זה הוקם על ידי איינשטיין. הריכוז האחיד נוצר, ולכן שיפוע הטמפרטורה. פחות חיובים ניידים יוצרים מעין פקק בדרכה בגלל המהירות הנמוכה של התנועה. השדה של הצטברות זו של נושאי מטען של חלקיקי כנפי סימן הפוכים. כתוצאה מכך, התהליך מגיע לשיווי משקל.

הנוכחות של שני סימנים מובילים בשל המקדם הגבוה Seebeck ב המוליכים למחצה. במתכות יש ריכוז מוגבר של אלקטרונים מגיע 10 sextillions לסמ"ק. כתוצאה מכך, את תנודות הטמפרטורה של הדמויות לא יכולות להיות נהדרות, מה שמסביר את מקדם Seebeck הנמוך של מתכות.