Seebeck efekts

Seebeck efekts - ir veidošanās potenciālu starpības pie robežu interfeisu diviem dažādiem materiāliem, karsējot mākslu.

no vēstures

Vēsture ir kluss, viņš gribēja iegūt Seebeck 1822, kad silda kontaktu no antimonu un bismuta. Varbūt efekts bija rezultāts izlases sakritību, kā tas bieži notiek, un kā tas notika Oersted kompasa bulta. Galvanometra Seebeck ieraksta, kad rokas turēja termopāra krustojumam. Tiek uzskatīts laimīga sakritība, viņam ir pienākums savu veiksmīgu kompasa dizainu. Ierīce sastāv no divām daļām: viena metāla rāmī, aploces citas stikla vāku. Atpūtas roku uz īpašumu, Seebeck teica novirze magnētiskā adatu no tās sākotnējā stāvoklī. Protams atšķirība nebija pārāk manāms, bet zinātnieks pacietīgi atkārtojot pieredzi skatīties rezultātu.

Attēlā redzams, ka displejs lampa rada būtisku neaizpūstu magnētiskā meridiāna. Tas ir saistīts ar lauku pašreizējā plūst. Skavošana, ievērot bultiņa iepriekš, veic maksājumus (pozitīva zīme) minētajā virzienā. Izveido apaļu magnētisko lauku, kas maina kompass rādījumus. Tas nav droši zināms, vai kompass tika veikts no antimonu un bismuta vai Seebeck atrodami materiāli vēlāk privāti, bet joprojām termopāriem bieži ir izgatavoti no šiem metāliem. Kombinācija ir izvēlēts tās augsto efektivitāti.

No termo ģeneratoru izmantošana

Eksperimentējot, mēs noskaidrojām, ka efektivitāte termopāra sasniedz gandrīz 3%. Sākumā XIX gadsimtā tā ir diezgan pienācīgas, kas spēj konkurēt ar jebkuru tvaika dzinēju. Padomju literatūrā sniedz informāciju, ka termo efektivitāte nesasniedza 0,5%. Pirmkārt, tas ne vienmēr ir uz atsevišķas termopāri, un, otrkārt, tiek uzskatīts par komunistu propaganda. Padomju laikos, firmas personālie datori (koncepcija izstrādāta PSRS), un tagad jebkurš ierēdnis lepojas pavisam jaunu klēpjdatoru no Korejas un ASV. Autori, visticamāk, paļaujas uz ārvalstu avotiem, kā rezultātā skaitļus reģionā 3%.

Georg Ohm, izmantojot termopāri, atklāja labi zināmo likumu, Faradejs izmanto tos elektrolīzes pētījumiem. Zinātnieki ātri ieguvis gaumi, un vidū XIX gadsimtā jau bija klāt termoelektriskos ģeneratori pietiekami lieli sniegumu - un apšuvumam metāla daļām. Ar ziņojumu Seebeck termoelements kļūt par neatņemamu eksperimentālo iekārtu, kur nepieciešams, lai iegūtu stabilitāti. Un sākumā XX gadsimtā, mēs esam izveidojuši masīvu struktūru.

Krievijas žurnāls rakstīja par apgaismojuma termoelektriska krāsns, Gyulhera akumulators tiek izmantota, lai uzlādētu baterijas. Interese šajā jomā nedaudz vājāka pēc izgudrošanas iekšdedzes dzinēju un elektromotoru, bet mūsdienu pasaulē termopāriem, tiek uzskatīti daudzsološi enerģijas avotus attīstības skatījumā. Tomēr izredzes, izmantojot saules starus likās pievilcīgs, pat sākumā XX gadsimtā. Pirmie eksperimentālie dati, kas publicēti 1922. gadā bija: "Aparāts 105 termopāriem (Copper-constantan), platība 1 kv. cm katrs, parādot efektivitāti 0,008%, pusdienlaikā dod enerģiju aptuveni 61 MW. "

Tajā pašā laikā Seebeck efektu sāka izmantot, lai darbinātu portatīvie radio. No termo ģeneratoru parādīti reklamka tolaik tematu. Vienkāršā angļu valodā lasītājiem tiek dota, lai saprastu, ka jaunais barošanas ir labi klausīties jaunākās ziņas. Nav brīnums, ka īsā laikā, un parādījās PSRS Vēstnesī atzīmē mīļotājiem, tika ziņots, ka karstums petrolejas lampa var saprātīgi izmantot enerģijas elektronikas ķēdēm. Czeczik žurnālā "sliktu" (1928) ziņoja ģenerators savas dizaina dzelzs-niķeļa termopāriem. Tas pats veida raksts parādījās pie numuru 13, "Radifront" žurnālā 1937.gadā.

Pēckara ģeneratori Seebeck efekts bija pozitīva ietekme uz summu 1 Watt varas 1 kg svara. Bet efektivitāte joprojām ir zems. Vienā krievu literatūras pusē - padomju raksti negāja priekšā pārējiem. Jau Otrā pasaules kara laikā, tad Seebeck efekts piegādā klusu enerģiju radiosakaru operatoriem sasilšana sevi ugunsgrēka nemierīgajā laikā. Apsvēra iespēju izmantot atkal daudzi fizikas mācību grāmatas satur informāciju par ģeneratoru Joffe, kas izveidots sākumā 50. (skat. Att.). Līdz brīdim, kad tas tika uzskatīts, ka tas ir iespējams, lai sasniegtu efektivitāti par 5-7%, tika izdoti ģenerators TGK-3 un Radio. tika izveidots saules šūnu platība 360 kvadrātmetru. redzēt, ka deva 0,175 vatus pie efektivitāti 0,59%. Var redzēt, ka tas ir būtiski palielinājies.

Piemēram, petrolejas lampa ģenerators Ioffe izlases 50s radio ļauj padevi pie temperatūras iekšējās krustojumu no 300-350 grādiem pēc Celsija, un ārējo - diapazonā no 60. Tad mēs esam pierādījuši spēju radīt ierīces ar efektivitāti 8%. Vēsture attīstības termo ģeneratoru uz jaunāko laiku iespējams apsvērt attiecīgajā sadaļā, un tagad izskatās pie fiziskiem procesiem, kas notiek ar vadiem.

Termiskā sensori

Līdz 80. gadu sākumā līdz 40% no visiem rūpniecības mērījumus, kas vajadzīgi uz temperatūras un 2/3 no šī skaita sensoru, kas strādā uz Seebeck efektu. Zinātnieki ātri nonāca pie secinājuma, ka zemā efektivitāte ir pamatots ar augstu precizitāti. PSRS, tas ir iemācījušies ātrāk uzmācas pārtulkot krievu darbu Georga Oma sākumā 20-to gadu XIX gs. Shaking plašo pielietojuma ierīces - no 0,5 līdz 3000 K.

Nikns industrializācija ir radījis nepieciešamību pēc jaunām metodēm kontrolē tehnoloģisko procesu. Par pieaugošo redzesloku nav sekot līdzi strādnieku šķiras un cilvēkiem, kam nepieciešama atpūtas un izklaides. Vārdiem rakstnieks, zinātniskie atklājumi ir kļuvusi izplatīta Amerikas Savienotajās Valstīs, kad tas bija iespējams noteikt dzīvi un nomierināt kaujinieku indiāņi. Bez zinātnes, valsts neattīsta un nav redzēt peļņu, atpūtas un brīvais laiks tiek uzskatīts par vērtīgu resursu. No sensoriem uz Seebeck efekta priekšrocības ir:

1. Zema inerce. Ja to pieprasa pirmā produkta stabilitāti, padarot tos apzināti apgrūtinoša, lēna reakcija uz ārējo vidi, modernu termopāri (skat. Att.) Ir maza izmēra un ir iekļauts sastāvā un patērētāju ierīces (piemēram, ledusskapjiem).
   

   modernas termoelements

2. Vienkārša uzstādīšana. Cilvēks, kurš saskaras ar nepieciešamību aizstāt barometra ledusskapi termostatu zina, cik tas ir grūti un laikietilpīgs process. Termopāra ir savienots pārgriešanu stieples, ātri un viegli.
3. Plašs klāsts temperatūras mērījumu precizitāte ir pasvītrots. Šodien pat testētājiem pārdod patērētājiem termopāri kā sensoru. Diapazons ir atkarīgs no konstrukcijas īpatnībām, to ir viegli izvēlēties pieejamu un uzlabotas funkcijas.
4. Tehnoloģiskais process ir raksturīgs ar atkārtojami parametriem no partiju viendabīgumu, viegla ražošanā, iespēju miniaturization, piemērots automatizētas montāžai.

Šīs iezīmes ļauj elastīgi, precīzi un ātri izsekot temperatūras izmaiņām. Produkta jutība nosaka Seebeck koeficientu, sasniedzot 100 mV / K. Kuru galvenā pazīme thermocouples - stabilitāte parametrs atkarībā no mehāniskas, termiskas, magnētiskā, un tā tālāk. ietekme. Tāpēc ne vienmēr uzskatīta par galveno stabilitātes pazīme. Dažreiz ir kaitējot efektivitāti, izvēloties sakausējuma ar maksimālu izturību pret dažiem ārējiem faktoriem.

Kā termopāri

Seebeck efekts ir sen palika bez paskaidrojumiem. Šodien atšķirt divas teorijas, kas apraksta procesus:

• kinētiskā (mikroskopiskās);
• termodinamiskais (makroskopiskā).

Tas liecina, ka precīzi dati par darbības mehānismu termopāra mūsdienu zinātnē tur nav.

vienkāršs skaidrojums

Pirmkārt, nevis ienirt sarežģītu teoriju, tiek ierosināts apsvērt vienkāršu paskaidrojumu, kas sniegts ar studentiem dažādās universitātēs. Profesori interpretēt notikumu, pamatojoties uz termoelektronu emisija parādības un Elektronegativitāte metālu un sakausējumu. Pirmais ir zināms, kas peldēja uz gaismu, kad spuldze kvēldiega attīstīta. Priekšnosacījumi kļuva Edisona pētījums. Elektroniskās lampa strādā, jo vakuumā uzkarsētā elektroda sāk izstarot maksām no virsmas. Protams, drīz tika izveidotas līderi šajā jomā, tad virsma ir tagad attiecas elektrolīzē pareizos materiālus.

Par ietekmi uz termokatodu emisiju būtība: maksa nesēji uzrāda nulles darba funkciju kristāla režģi. Tiek uzskatīts, ka normāla temperatūra turas virs metāla virsmas plānas elektronu mākoni. Bet uz ķermeņa tēlu pozitīvu maksas lietā nav. Tā rezultātā siltumatdevi elektrons saņem enerģiju un spēj atstāt metāla. Liela intensitāte procesa novērots temperatūrā 1000 K Darbs funkcija nav vienāda metāliem, zinātnieki uzskata, ka tas ir daļēji saistīts ar to Elektronegativitāte.

Ja abi paraugi nonāk kontaktā, pārdales process sākas. Tas notiek līdz blīvs elektronu mākonis metāla līdzsvaro otru. Process šķiet pilnīgs. Bet... tikai Seebeck atklāja, ka siltuma veido izmaksas. Krustmija notiek, fusion un sabrukšanu, kā rezultātā termopāri veidojas galos potenciālo atšķirību. Efekts ir uzlabota, izmantojot divas vai vairākas krustojumu. Ko darīt fizikas pirmajā pusē XIX gs. Tad pirmais thermocouple mezgls tiek uzkarsēta un otrs atdzesēts.

Kad karsē, velku blīvums elektronu mākoņus divu metālu aug lielāks. Līdz ar to potenciālu starpība palielinās. Enerģētika Noņem siltumenerģija kompensēta strāvas avotu. Seebeck efekts izpaužas jebkurā temperatūrā, stipri palielinās ar tā pieaugumu.

Termodinamisko teorija Seebeck efektu

Termodinamisko teorija darbojas ar kopīgām vērtībām: plūsmas, slīpumi spēkiem. Atrisinot vienādojumus iegūti Oma likums par attiecībām starp strāvas, sprieguma, pretestības un Furjē - siltuma plūsma komunikācijas un temperatūras gradientu. Ieviesti īpaši faktori, ar konkrētiem nosaukumiem:

• Izolēts vadītspēja (inverse no pretestības);
• siltuma vadītspēja.

Iegūtais vienādojums ir sekas klātbūtnes reizi trijos iedarbības: Seebeck, Peltier un Lord Kelvina. Tie ir noteikti lielākajā daļā eksperimentālās, bez teorijas. Seebeck efekts jau diezgan uzskatīts, Peltier atklāja veidošanos apgrieztā krustojums temperatūras starpība ar strāvu. Thomson efekts sarežģīts. Viņš apgalvo, ka tad, kad kopā (atšķirība), diriģents temperatūras gradients sāk nodotas (atbrīvots vai uzsūcas) siltumu. pārbaudīja un izrādījās tiesību termodinamiskās teorija:

1. Intermediate metāli slēgtā sistēmā, kas izgatavoti no atšķirīgu metālu tajā pašā temperatūrā EMF nulles summu. Tas tiek uzskatīts izpausme otro termodinamikas likums. Darbs netiek veikts bez izdevumiem par enerģiju. Kas notiek pie pašas temperatūras krustojumu "Pierādījums: siltuma nodošanu, jo pašreizējais neiespējama Peltier efektu. Tas var izraisīt apkuri dažu teritoriju un citas dzesēšanas. Tas nozīmētu nodošanu siltumu no vēsāks vietām bez ārēja barošanas avota. Gaisa kondicionēšana nevarēja darboties ar elektrību, bet sakarā ar īpašu vadu savienojumi. "
2. Magnus slēgtajā cilpas tā paša materiāla neatbalsta pašreizējo temperatūras starpību. Sekas no likuma bija EMF atkarīgs tikai no starpības starp krustojumam temperatūru. Neuztraucieties par apkuri vai dzesēšanu ārējo apstākļu pašiem vadītājiem.
3. Secīgs (starpprodukts) Temperatūra: algebriskā summa EMF par kontūru diapazonā no T1 līdz T3 ir Algebriskā summa EMF salocīta gar kontūru ar intervālu no T1 T2 un no T2 T3, ar vērtībām, kas ir T1, T2 un T3.

Visi trīs no likuma apgalvo, ka iegūtais EDS kļūst funkcija tikai pievades temperatūra. Šie postulāti ir atzīti par pamatu mērījumiem, tai skaitā to, kas notiek mājas ledusskapji. Cita ārstēšana: termoelements ne vienmēr ir divas metālus. Ja jūs vēlaties, lai izmērītu temperatūru gradienta gar thermoelectrode, tas ir pietiekami, lai viens rašanās EML. Otrs materiāls sazināsies ar secinājumus. Šis ir gadījums, kad deģenerāts un diezgan efektīvi termopāri, kas izriet no pamata vienādojumu termodinamiskās teoriju. Līdz efekts prognozēja analītiski.

Tas ir izgatavots no attēlā zemāk, ņemot vērā sarežģītību ieraksta matemātiskās formulas interneta uzspiešanu. Ir redzams, ka bez elektriskās strāvas pirmais vienādojums termodinamiskās teorija ir vienkāršots. No tā izriet, ka, atceļot sprieguma analogciparu pārveidotājs ar mazāku strāvas ierobežojumu piegādi, ledusskapis Bosch maksā "termopāri" vienota metāla.

Atšķirt absolūto un relatīvo EMF. Otrais attiecas uz pāri materiālu, un pirmais - raksturo tikai vienu. Absolute EMF mēra, izmantojot standarta, par ko citi jau izmērītās metodes norādīto vērtību (eļļa eļļa). No eksperimentiem ir atšķirīga EMF, kas ļauj aprēķināt vērtību. šobrīd atzīta standarti:

• Attiecībā uz relatīvi augstas temperatūras (virs 100 K): platīna, zelta, vara, volframa.
• Svins citos gadījumos.

Pie ļoti zemām temperatūrām zem 20 K absolūtais EMF nosaka tieši. Dažu materiālu kļūst nulle, un, apvienojot testa paraugu ar pāris uzreiz nāk uz vēlamo vērtību. Vairākums metālu absolūtais EMF diapazonā no 0 līdz 80 mV / K.

kinētiskā teorija

Kinētiskā teorija ir saistīts ar nelīdzsvara stāvokļa vidi. Viņš pēta tos kustībā. Tā ir balstīta uz Bardeen-Cooper-Schrieffer, nav tik labi zināms sabiedrībai. Ņemot vērā varbūtības apstiprināja teoriju, katra daļiņa tiek izskatīts individuāli, neņemot vērā vispārējo sistēmas veiktspēju. Par šo teoriju sauc mikroskopisks.

Ņemot vērā jēdzienu ieviesa: Cooper pāri elektronu Fermi virsmas Debye frekvences un tā tālāk. Theory darbojas varbūtības vienādojumus pozīcijas daļiņām, no Boltzmann funkciju. Saskaņā ar pārstāvniecībām zinātnes sākumā XX gadsimta katrā metāla ir noteikta koncentrācija elektronu izkaisīti nejauši, bet paklausa Boltzmann modeli. Tika nosaukti šīs dažādās teorijas:

• Vēzis.
• Drude.
• Lorencs.
• Debye.

Saskaņā ar Boltzmann modeli, vidējā translācijas enerģija kustības daļiņu ir 2/3 kt, kur k - ir Boltzmann 's konstante. Saskaņā ar šo interpretāciju, termo EMF ir atkarīgs no koncentrācijas daļiņu divu metālu termopāra un temperatūras (sk. Att.). Tas ir vienkārši, lai pārliecinātos, ka ir iesniegti tikai metāla formula neatbilst reālajām novērojumiem. Tas tiek veikts, vienkārši saskaitot EMF vērtības dalot temperatūras diapazons un atrast Seebeck koeficientu. Viņš skaidri pārvērtēta.

Domstarpības formula sākums XX gs tika izvadīts FRENKEL un SOMMERFELD teoriju (1927). Pēdējo elektroni tiek ievietoti modeli kvantu statistiku Fermi-Diraks. Sommerfeld Seebeck koeficientu iegūst ļoti nelielu daudzumu. Tas ir viegli izskaidrojams ar to, ka formula kinētiskās teorijas darboties ar elektronu koncentrācija tieši, bet tie ir grūti novērtēt un izsekot.

Pusvadītāji labāk klausīt kinētisko teoriju. Elektroni no materiāla ar augstāku blīvumu difūzā un sasniegt interfeisu. Process turpinās tik ilgi, kamēr skaitītājs lauks "emigranti" līdzsvaro kustību counter plūsmu. Runājot par paskaidrojot procesu kinētiskās teorijas neatšķiras no argumentiem, meta divas pozīcijas augstāk, bet ir nianses:

1. Ar paaugstinātu koncentrāciju pārvadātāju konkrētas zīmju plūsma nes tos aukstā beigām, bet tur jau uzkrāto maksu novērš procesa laikā. Par pretējo zīmi nesēji, gluži pretēji, ko paātrina laukā. Tā rezultātā, pretēji plūsmas robežas starp medijiem būs vienāda, un potenciālā atšķirība ir noteikts temperatūras vērtība.
2. Difūzijas koeficients ir cieši saistīta ar maksas mobilitāti. Šī sakarība ir Einšteins. Nevienmērīga koncentrācija ir izveidots, līdz ar temperatūras gradientu. Mazāk mobilie maksājumi veido sava veida korķa savā ceļā, jo no zema ātruma kustību. Lauks šo daudzo maksas pārvadātājiem pretējas zīmes spārnus daļiņām. Tā rezultātā, process sasniedz līdzsvaru.

No divām nesošām simbolu klātbūtne saistīts ar augstu Seebeck koeficientiem pusvadītāju. Jo metāliem ir palielināts koncentrācija elektroni sasniedz 10 sextillions vienu kubikcentimetru. Līdz ar temperatūras svārstības skaitļi nevar būt liels, kas izskaidro zemo Seebeck koeficientu metālu.