Seebeck účinok

Seebeckův efekt - je vznik potenciálneho rozdielu na hranici rozhraní dvoch rôznych materiálov zahrievaním umenia.

z histórie

História mlčí, chcel dostať Seebeck v roku 1822, kedy sa ohriaty kontakt z antimónu a bizmutu. Možno, že efekt bol výsledkom náhodných zhôd okolností, ako sa často stáva, a ako sa to stalo v Oersted šípky kompasu. Galvanometer Seebeck zaznamenaná, keď ruka drží konca termočlánku. To je považované za šťastné náhoda, je povinný na vlastné úspešné kompas dizajn. Zariadenie sa skladala z dvoch polovíc: jeden kovový rám, okraj ďalšieho skleneným krytom. Pokojová ruku na pozemku, Seebeckův, že odchýlka magnetické ihly z jej počiatočnej polohy. Iste rozdiel nebol príliš nápadný, ale vedec trpezlivo opakoval zážitok zo sledovania výsledku.

Obrázok ukazuje, že sa na displeji svetlo spôsobuje značné vychýlenie magnetického poludníka. To je vzhľadom k budiace prúd tečie. Zošívanie, držať šípka vyššie, nesie poplatkov (kladné znamienko) v uvedenom smere. Vytvorí kruhové magnetické pole, ktoré menia čítania kompasu. Nie je známe, s istotou, či je kompas bol vyrobený z antimónu a bizmutu alebo Seebeck našiel materiály neskôr v súkromí, ale stále termoelektrické články sú často vyrobené z týchto kovov. Kombinácia je vybraná pre svoju vysokou účinnosťou.

Využitie termoelektrických generátorov

Experimentovanie, sme zistili, že účinnosť termočlánku dosahuje asi 3%. Na začiatku XIX storočia, to je celkom slušné, ktorí sú schopní súťažiť s akýmkoľvek parným strojom. V sovietskej literatúre poskytuje informácie, ktoré sa termoelektrické účinnosti nedošla 0,5%. Po prvé, nie je to vždy ide o jednotlivé termoelektrické články, a za druhé, je považovaná komunistická propaganda. V sovietskych časoch, značkové osobné počítače (koncept vyvinutý v ZSSR), a teraz každý úradník môže pochváliť zbrusu nový notebook z Kórey alebo Spojených štátoch. Autori sú s väčšou pravdepodobnosťou spoliehať na zahraničných zdrojoch, vedúci osobnosti v regióne vo výške 3%.

Georg Ohm, pomocou termočlánku, otvoril známy zákon, Faraday použil je pre elektrolýzu výskum. Vedci rýchlo na chuť, a do polovice XIX storočia boli už prítomné termoelektrické generátory dosť veľký výkon - a pre opláštenie kovových dielov. So správou Seebeck termočlánok stali neoddeliteľnou súčasťou experimentálne zariadenia, kde je to potrebné, aby bola zaistená stabilita. A na začiatku XX storočia sme vytvorili celý rad štruktúr.

Ruský časopis napísal o osvetlenie termoelektrický pec, Gyulhera batérie slúži na dobíjanie batérií. Záujem v tejto oblasti mierne oslabil po vynálezu spaľovacieho motora a elektromotora, ale v modernom svete termočlánkov sú považované za sľubné zdroje energie pre rozvoj pohľadu. Avšak vyhliadky na využitie slnečné lúče zdalo atraktívne, a to aj na začiatku XX storočia. Prvé experimentálne dáta publikovaná v roku 1922 boli: "Zariadenie 105 termočlánkov (Copper-Constantan), oblasť 1 štvorcový. cm každý, čo dokazuje účinnosť 0,008%, na poludnie dávať energiu asi 61 mW. "

V rovnakej dobe, kedy Seebeck účinok začal byť používaný na napájanie prenosné rádiá. Téma termoelektrických generátorov zobrazených reklamka tej dobe. V jednoduchej angličtine sú uvedené čitateľovi pochopiť, že nový zdroj je dobré počúvať najnovšie správy. Niet divu, že v krátkom čase a objavil sa v ZSSR Journal poznamenáva milenca, bolo oznámené, že teplo petrolejová lampa môže byť rozumne použitý pre výkonovej elektroniky obvodov. Czeczik v časopise "chudobných" (1928) uvádza generátor vlastnej konštrukcie z železo-niklovej termočlánkov. Rovnaký typ výrobku sa objavili u čísla 13, "Radifront" časopis v roku 1937.

Povojnové generátory Seebeckův efekt dal priaznivý účinok vo výške 1 Watt energie na 1 kg hmotnosti. Ale účinnosť je stále nízka. V jednej ruskej literatúry doprava - sovietskej články nešiel pred ostatnými. Už počas druhej svetovej vojny, Seebeck účinok dodal pokojnú energiu radistov, otepľovanie sa pri požiari v nepokojnej dobe. Zvažovala možnosť znovu používať mnohé fyzikálne učebnice obsahujú informácie o generátora Joffe, ktorá bola vytvorená na začiatku 50. rokov (viď. Obr.). V čase, keď sa predpokladá, že je možné dosiahnuť účinnosť o 5-7%, boli vydané generátor TGK-3 pre rozhlas. bol vytvorený solárny rozsah buniek 360 námestí. vidieť, že dal 0,175 wattov pri účinnosti 0,59%. Je vidieť, že sa výrazne zvýšil.

Napríklad generátor petrolejová lampa Ioffe vzorku 50. rádia umožňujú podávanie pri teplote do vnútorných spojoch 300-350 stupňov Celzia a vonkajšie - v rozmedzí od 60. Potom sme sa ukázali schopnosť vytvárať zariadení s účinnosťou 8%. História vývoja termoelektrických generátorov k najnovším možnom čase uvažovať v príslušnej sekcii, a teraz pozrieme na fyzikálnych procesov prebiehajúcich vo vodičoch.

teplotné senzory

Na začiatku 80. rokov na 40% všetkých priemyselných meraní potrebných na teplote a 2/3 tohto počtu senzorov pracujúcich na Seebeckově javu. Vedci rýchlo dospel k záveru, že nízka účinnosť je odôvodnená vysokou presnosťou. V ZSSR, by sa naučili skôr obťažoval preložiť do ruštiny prácu Georg Simon Ohm raných 20-tych rokov XIX storočia. Trepanie šírke aplikačných zariadení, - od 0,5 do 3000 K.

Prehnaný industrializácie spôsobil potrebu nových metód pre riadenie technologických procesov. Na pestovanie horizonty nestačí držať krok s robotníckou triedou a ľuďom v núdzi odpočinku a trávenie voľného času. Podľa slov spisovateľa, vedecké objavy sa stali samozrejmosťou v Spojených štátoch, keď to bolo možné stanoviť život a upokojiť bojovné Indy. Bez vedy, krajina nevyvíja a nevidia zisk, voľný čas a voľný čas je považovaný za cenný zdroj. Výhody senzorov na Seebeckově javu, sú:

1. S nízkou zotrvačnosťou. Ak vyžaduje prvý stabilitu produktu, čo je zámerne ťažkopádne, pomalá reakcie na vonkajšie prostredie, moderné termočlánok (viď. Obr.) Je malej veľkosti a je obsiahnutá v kompozícii a domáce spotrebiče (napríklad chladničky).
   

   moderné termoelektrický

2. Jednoduchá inštalácia. Muž, ktorý sa potýka s nutnosťou nahradiť barometrického chladničky Termostat vie, ako je ťažké a časovo náročný proces. Termočlánok je prepojený rez drôtu, rýchlo a ľahko.
3. Rozsiahly rozsah meranej teploty zdôraznila. V súčasnej dobe dokonca aj testery predal termoelektrický spotrebiteľov ako snímač. Rozsah je závislý na konštrukčné prvky, je ľahké vybrať cenovo dostupné a pokročilé funkcie.
4. Technologický proces je charakterizovaný opakovateľných parametre od šarže k šarži uniformity, jednoduchosti výroby, možnosť miniaturizácia, vhodné pre automatizovanú montáž.

Tieto funkcie umožňujú pružne, presne a rýchlo sledovať zmeny teploty. Citlivosť produktu je daná koeficientom Seebeckovým dosiahla 100 mV / K. Hlavnou charakteristikou termočlánkov - parameter stability v závislosti na mechanické, tepelné, magnetické, a tak ďalej. dopady. Z tohto dôvodu nie je vždy považovaný za hlavnú charakteristikou stability. Niekedy je na úkor efektívnosti výberom zliatiny s maximálnou odolnosťou voči určitým vonkajších faktorov.

ako termočlánku

Seebeck účinok je dlhý zostal bez udania dôvodu. Dnes rozlišujeme dve teórie popisujúci procesy:

• kinetická (mikroskopické);
• termodynamickej (makro-).

To naznačuje, že presné údaje o mechanizme pôsobenia termoelektrického článku v dnešnej vede nie je.

jednoduché vysvetlenie

Po prvé, než ponoriť sa do zložitej teórie, sa navrhuje, aby zvážila jednoduché vysvetlenie daný študentmi rôznych univerzitách. Odborní interpretovať udalosti, založený na termoelektrické emisné javu a elektronegativita kovov a zliatin. Prvý z nich je známe, že sa vznášal na svetlo, keď je žiarovka vlákno vyvinuté. Predpoklady sa stal Edison výskumu. Elektronické lampa práce, pretože sa vo vákuu predhriatej elektróde začne vydávať nosičov náboja z povrchu. Samozrejme, boli čoskoro zavedené lídrov v odbore, povrch je teraz vzťahuje elektrolýzou správnych materiálov.

Podstatou účinku thermionic emisií: nosiče náboja vykazujú nulový pracovnú funkciu kryštálovej mriežky. Predpokladá sa, že za normálnej teploty sa vznáša nad kovového povrchu tenkú elektrónový oblak. Ale na body image pozitívneho náboja na prípade nie je. Výsledkom je, že vykurovací výkon elektrón dostáva energiu a mohol opustiť kov. Veľa intenzita procesu je pozorovaná pri teplote 1000 K. Práca funkcia nie je rovnaká pre kovy, vedci sú presvedčení, že je to čiastočne spôsobené ich elektronegativita.

Ak sú obe vzorky uvedú do styku, proces prerozdeľovanie začína. K tomu dochádza až hustá elektrónový oblak kovu vyrovnáva druhý. Tento proces sa zdá byť kompletný. Ale... proste Seebeck objavil, že teplo tvorí poplatkov. Rekombinácie sa vyskytujú, fúziu a rozpadu, ako výsledok termočlánku, vytvorených na koncoch potenciálny rozdiel. Účinok je zvýšiť použitím dvoch alebo viacerých uzlov. Čo robiť fyziku v prvej polovici XIX storočia. Potom sa prvý termočlánok uzlom sa zahrieva a druhý sa ochladí.

Pri zahriatí, hustota osnovy elektrónových mrakov oboch kovov silnie. V dôsledku toho je potenciálny rozdiel zväčšuje. Energia zaženie tepelná energia je kompenzovaný zdroj prúdu. Seebeck účinok sa prejavuje pri akejkoľvek teplote, silne zvyšuje sa jeho zvýšenie.

Termodynamická teórie Seebeckovým efektom

Termodynamická teórie pracuje s bežnými hodnotami: prúdenie, prechody síl. Pri riešení rovníc získaných Ohmov zákon o vzťahu medzi prúdu, napätia, odporu a Fourier - tepelný tok komunikácie a teplotnom spáde. Zavedené zvláštne faktory s konkrétnymi menami:

• Izolované vodivosť (inverzné odporu);
• tepelná vodivosť.

Výsledná rovnica je dôsledkom prítomnosti jednou troch účinkov: Seebeckovým, Peltier a Lord Kelvin. Sú nastavené prevažne experimentálne, bez teórie. Seebeck účinok je už pomerne zvážiť Peltier objavili tvorbu rozdielu reverznej teplota prechodu prúdom. Thomson účinok zložitý. Tvrdí, že keď sa spolu (rozdiel) sa teplota vodiče spád začne prevedená (prepustený, alebo absorbovaná) tepla. skúmal a dokázal právneho termodynamickej teórie:

1. Medziľahlé kovy v uzavretom okruhu z rôznych kovov pri rovnakej teplote EMF nulového súčtu. To je považované za prejav druhého termodynamického zákona. Práca sa nerobí bez vynaloženia energie. Čo sa stane v "Proof rovnaká teplota križovatkách: prestupu tepla vzhľadom k aktuálnej nemožné, pretože Peltierova javu. To by spôsobilo oteplenie niektorých oblastiach a ďalšie chladenie. To by znamenalo presun tepla z chladnejších miest v neprítomnosti externého zdroja. Klimatizácia nemohla pracovať na elektrinu, ale vďaka špeciálnemu pripojenia kabeláže. "
2. Magnus v uzavretej slučke z rovnakého materiálu nie je podporovaná aktuálny rozdiel teplôt. Dôsledok tohto zákona bola závislá iba na rozdielu medzi teplotami spojovacích EMF. Nebojte sa o kúrenie alebo chladenie vonkajších podmienok samotných vodičov.
3. Po sebe idúce (medziprodukt) Teplota: algebraický súčet emf na obrysu v rozmedzí od T1 až T3 Algebraický súčet emf zložené pozdĺž obrysu v intervaloch od T1 do T2 a T2 sa na T3, so všetkými hodnotami T1, T2 a T3.

Všetky tri zákona tvrdia, že výsledná elektromotorické sila sa stáva funkcií iba teplotou prechodu. Tieto postuláty sú uznávané ako základ pre meranie, vrátane toho, čo sa deje v domácich chladničiek. Ďalšia liečba: termočlánok nie je nevyhnutne obsahuje dva kovy. Ak chcete merať teplotný gradient pozdĺž thermoelectrode, to je dosť pre jeden výskyt EMF. Druhý materiál bude kontaktovať zistenie. To je prípad degenerované a pomerne efektívne termočlánkom, vychádzajúce zo základných rovníc termodynamickej teórie. V dôsledku toho je účinok predpovedal analyticky.

Vyrába sa v obrázku nižšie vzhľadom na zložitosť zázname matematických vzorcov Internet uloženia. Je vidieť, že v neprítomnosti elektrického prúdu je zjednodušená prvej rovnice termodynamickej teórie. Z toho vyplýva, že odstránením napätie analógovo-digitálny prevodník s menším obmedzenie prúdu napájanie, chladnička Bosch stojí "termočlánok" jediného kovu.

Rozlíšenie medzi absolútnou a relatívnou EMF. Druhá označuje pár materiálov, a prvý - charakterizuje iba jeden. Absolútna EMF sa meria za použitia štandardu, pre ktoré iné metódy už meranej uvedené hodnoty (olej olej). Z pokusov je diferenciálnej EMF, ktorý umožňuje vypočítať hodnotu. Štandardy v súčasnosti uznané:

• Pre pomerne vysoké teploty (nad 100 K): platiny, zlata, medi, volfrámu.
• Olovo v ostatných prípadoch.

Pri veľmi nízkych teplotách pod 20 K je absolútna EMF stanovená priamo. V niektorých materiáloch sa stáva nulou a kombinuje testovanej vzorky s párom okamžite príde na požadovanú hodnotu. Väčšina kovov absolútna EMF v rozmedzí od 0 do 80 mV / K.

kinetická teória

Kinetická teória má čo do činenia s nerovnovážneho stavu životného prostredia. Študuje im v pohybe. Je založený na Bardeen-Cooper-Schrieffera, nie je tak dobre známy verejnosti. S prihliadnutím na pravdepodobnosť prijatá teórie, každá častica je posudzovaná individuálne, a to bez ohľadu na celkový výkon systému. Pre túto teóriu nazýva mikroskopické.

S ohľadom na poňatie zavedené: Cooper pár elektrónov povrch Debye frekvencie Fermiho a tak ďalej. Teória pôsobí pravdepodobnostných rovníc pozície častíc, funkcia Boltzmannova. Podľa reprezentáciách vedy na začiatku XX storočia, v každom kove, existuje určitá koncentrácia elektrónov rozptýlené náhodne, ale počúvať model Boltzmann. Tieto rôzne teórie boli pomenované:

• Cancer.
• Drud.
• Lorentz.
• Debye.

Podľa modelu Boltzmannova, priemerná translačný energia pohybu častíc je 2/3 kT, kde k - je Boltzmannova konštanta. Podľa tohto výkladu termoelektrického EMF je funkciou koncentrácie častíc v oboch kovov termočlánku a teploty (viď. Obr.). Je ľahké overiť, že vzorec uvedený pre kovové nezodpovedá reálnym pozorovaním. To sa vykonáva jednoducho počítať hodnoty emf na delenie teplotný rozsah a nájsť koeficient Seebeck. Zjavne preceňovať.

Diskusia vzorec začiatku storočia XX bola vylúčená Frenkel a Sommerfeld teórie (1927). Posledné elektróny sú umiestnené v modeli kvantovej štatistiky Fermi-Dirac. Sommerfeld Seebeckův koeficient je dosiahnuté veľmi malé množstvo. To sa dá ľahko vysvetliť tým, že formula kinetickej teórie pracovať s koncentráciou elektrónov priamo, ale je ťažké merať a kontrolovať.

Semiconductors lepšie počúvať kinetickú teóriu. Elektróny z materiálu s vyššou hustotou difúznou a dosiahnuť na rozhraní. Tento proces pokračuje tak dlho, kým pole čítače "emigranti" vyvažuje tok protipohyb. Pokiaľ ide o vysvetlenie procesu kinetickej teórie sa nelíši od argumentov, obsadenie oboch okruhov vyššie, ale tam sú nuansy:

1. So zvyšujúcou sa koncentráciou nosičov určitého posunkového toku prenáša ich na studenom konci, ale sú už akumulovaný náboj zabraňuje počas procesu. Nositelia opačným znamienkom, naopak urýchľované na poli. Výsledkom je, že čítač tokov na rozhraní medzi médiami sa bude rovnať, a potenciálny rozdiel je stanovená hodnota teploty.
2. Koeficient difúzie je úzko spojená s mobilitou náboja. Tento vzťah je založený Einstein. Nerovný koncentrácia je vytvorený, teda teplotný gradient. Osoby so zníženou pohyblivosťou poplatkov tvorí akýsi korku jej stojí v ceste z dôvodu nízkej rýchlosti pohybu. Pole tohto hromadenie nosičov náboja opačného znamienka krídel častíc. V dôsledku toho je proces dosiahne rovnováhy.

Prítomnosť dvoch nosných symbolov v dôsledku vysokých Seebeck koeficientov v polovodiči. V kovy majú zvýšené koncentrácie elektrónov dosiahne 10 sextillions na kubický centimeter. V dôsledku toho, že kolísanie teploty z obrázkov nemôžu byť veľká, čo vysvetľuje nízky koeficient Seebeckovým kovov.