Seebecki efekti

Seebecki efekti - on moodustamine potentsiaalide vahe piiril liides kahest erinevast materjalist kuumutamisel art.

ajaloost

Ajalugu vaikib, ta tahtis saada Seebecki 1822, kui soojendada kontakt antimoni ja vismuti. Ehk mõju oli tingitud juhusliku kokkusattumustest, nagu sageli juhtub, ja kuidas see juhtus Oersted kompassi noole. Galvanomeetri Seebecki salvestatud kui käsi hoidis termopaar ristmikul. Leitakse õnnelik juhus, et ta on kohustatud oma eduka kompass disain. Seade koosnes kahest poolest: üks metallraami, velje teise klaaskaane. Puhke- käe vara, Seebeck ütles kõrvalekalle magnetvälja nõel algasendisse. Kindlasti oli see vahe ei ole liiga märgatav, kuid teadlane kannatlikult korrates kogemus vaadates tulemus.

Joonis näitab, et ekraanil lamp põhjustab olulist paine magnetilise meridiaani. See on tingitud valdkonnas vooluta. Klamber kinni nool eespool kannab kulud (plussmärgiga) nimetatud suunas. Loob ringikujuline magnetväli, mis muudab kompass näidud. See ei ole kindlalt teada, kas kompass oli tehtud antimoni ja vismuti või Seebecki leitud materjalide hiljem privaatne, kuid siiski termopaaride tehakse sageli nende metallide. Selline kombinatsioon on valitud oma kõrge efektiivsusega.

Kasutamine Termoelektrigeneraatorid

Testide, leidsime, et tõhususe termopaar jõuab peaaegu 3%. Alguses XIX sajandil on päris korralik, võimalik võistelda mis tahes aurumasin. Nõukogude kirjandusest annab informatsiooni, mis termoelektrijaama tõhususe ei jõudnud 0,5%. Esiteks, see ei ole alati seoses eraldi termopaare, ja teiseks, peetakse kommunistliku propaganda. Nõukogude ajal, kaubamärgiga personaalarvutid (mõiste töötatud NSVL) ja nüüd ühtegi ametlikku uhke uhiuue sülearvuti Korea või Ameerika Ühendriigid. Autorid on tõenäolisem, et välisabist allikatest, juhtfiguurid piirkonnas 3%.

Georg Simon Ohm, kasutades termopaari avas tuntud õiguse Faraday kasutada neid elektrolüüsi uuringud. Teadlased kiiresti omandatud maitse ning keset XIX sajandil olid olemas juba Termoelektrigeneraatorid piisavalt suur jõudlus - ja fassaadi metallosi. Mis aruande Seebecki termopaar lahutamatu osa katseruumidesse vajaduse stabiilsuse saavutamiseks. Ja alguses XX sajandi oleme loonud hulgaliselt struktuure.

Vene ajakirja kirjutas valgustus termoelektrilisest ahju, Gyulhera aku on kasutatud akude laadimiseks. Huvi selle ala veidi nõrgenenud pärast leiutis sisepõlemismootor ja elektrimootorid, kuid tänapäeva maailmas termopaare peetakse paljutõotavaks jõuallikat arengu seisukohast. Kuid väljavaade kasutades päikese tundus atraktiivne, isegi alguses XX sajandil. Esimene katseandmed avaldatud 1922 olid: "Seade 105 termopaaride (Vask-constantan), mille pindala on 1 sq. cm iga, tõhususe demonstreerimiseks 0,008%, keskpäeval annab energiat umbes 61 MW. "

Samal ajal Seebecki efekti hakati kasutama võimule kaasaskantavaid raadioid. Teema Termoelektrigeneraatorid näidatud reklamka sel ajal. Lihtsas inglise lugejad antakse mõista, et uus toide on hea kuulata viimaseid uudiseid. Pole ime, et lühikese aja jooksul ja ilmus NSVL Teataja märgib armastajad, teatati, et soojuse petrooleumi lamp võib mõistlikult kasutada jõuahelate. Czeczik ajakirjas "Vaene" (1928) teatas generaator oma disaini raud-nikkel termopaare. Samasugune artikkel ilmus number 13, "Radifront" ajakirja aastal 1937.

Sõjajärgse generaatorid Seebecki efektil saatis soodsat toimet summas 1 Watt võimsusel 1 kg kaalu. Aga efektiivsus on endiselt madal. Ühes vene kirjanduse õigus - Nõukogude artiklid ei lähe ees puhata. Juba Teise maailmasõja ajal sõja Seebecki efekti tarnitud vaikses energia radiste soojenemine end tulekahju rahutu aeg. Kaalunud võimalust kasutades jällegi palju füüsika õpikuid sisaldab teavet generaator Joffe, loodud alguses 50s (vt. Joon.). Selleks ajaks usuti, et on võimalik saavutada efektiivsus 5-7%, anti välja generaatori TGK-3 Radio. päikesepatarei pindala 360 ruutu loodud. vaata, mis andis 0,175 vatti efektiivsuse juures 0,59%. Võib näha, et see on oluliselt suurenenud.

Näiteks, petrooleumi lamp generaator Ioffe proovi 50s raadio võimaldab sööda temperatuuril sisemise ristmikud 300-350 kraadi ja välised - vahemikus 60. Siis me oleme tõestanud võimet luua seadmeid, mille tõhusus 8%. Ajalugu arengu Termoelektrigeneraatorid uusima aja jooksul võimalik kaaluda asjakohases jaos ja nüüd vaadata füüsilist toimuvate protsesside dirigendid.

Thermal andurid

Autor alguses 80s 40% kõigist tööstus vajalikud mõõtmised temperatuurist ja 2/3 et andurite arvu kallal Seebecki efekti. Teadlased kiiresti jõudis järeldusele, et madal efektiivsus on õigustatud suure täpsusega. NSVL oleks õppinud varem häirib tõlkida vene töö Georg Ohmi alguses 20-ndatel XIX sajandil. Loksutades rakenduste laialdane seadmeid - 0,5-3000 K.

Ohjeldamatu industrialiseerimine on põhjustanud vajadus uute meetodite kontrolli tehnoloogiliste protsesside. Kasvavate silmaringi ole kursis töölisklassi ja abivajajate puhkamiseks ja vaba aja veetmiseks. Sõnu kirjanik, teaduslikud avastused on muutunud igapäevaseks Ameerika Ühendriigid, kui see oli võimalik luua elu ja rahulik sõjaka indiaanlased. Ilma teaduse, riik ei arendada ja ei näe kasum, vaba aja veetmise ja vaba aja peetakse väärtuslik ressurss. Eeliseid andurite Seebecki efekti on:

1. Madal inerts. Kui nõutud esimese toote stabiilsust, muutes need tahtlikult tülikas, aeglane reageerimine väliskeskkonna kaasaegse termopaar (vt. Joon.) On väikeste mõõtmetega ja sisaldub koostise ja tarbeseadmetes (nt külmikud).
   

   kaasaegne termopaar

2. Lihtne paigaldus. Mees, kes on silmitsi vajadusega asendada õhurõhu külmik termostaat teab, kuidas see on raske ja aeganõudev protsess. Termopaar on ühendatud lõigatud traadi, kiiresti ja lihtsalt.
3. Lai valik temperatuuri mõõtmine on alla joonitud. Täna isegi testijad müüakse tarbijale termopaar kui andur. Vahemikus sõltub disaini iseärasusi, see on lihtne valida taskukohane ja täiustatud funktsioone.
4. Tehnoloogilise protsessi iseloomustab korratav parameetrid ravimipartiis ühetaolisuse valmistamise hõlpsus, võimalust minimeerimise, sobivad automatiseeritud koost.

Need omadused võimaldavad paindlikult, kiiresti ja täpselt jälgida temperatuuri muutusi. Tundlikkust toodet määrab Seebecki koefitsient, ulatudes 100 mV / K. Põhitunnuseks termopaaride - stabiilsus parameetri sõltuvalt mehaaniliste, termiliste, magnet- ja nii edasi. mõjud. Seetõttu ei ole alati peetakse põhitunnuseks stabiilsust. Mõnikord on kahjuks tõhususe valides sulam maksimaalne vastupidavus teatud välised tegurid.

Kuidas termopaari

Põhineb Seebecki efekt kaua püsinud andmata. Täna eristada kahte kirjeldavad teooriad protsessid:

• kineetilise (mikroskoopilised);
• termodünaamilise (makroskoopilised).

See näitab, et täpsed andmed toimemehhanism termopaar tänapäeva teadus ei ole seal.

lihtne selgitus

Esiteks, mitte süüvima keeruline teooria, tehakse ettepanek kaaluda lihtne selgitus antud õpilastele erinevate ülikoolide. Professorid tõlgendada sündmus, mis põhineb Termoemissioon nähtus ja elektronegatiivsust Metallide ja sulamite. Esimene on teadaolevalt paisati valgust kui lambipirn hõõglambi arenenud. Eeldused sai Edison teadus. Elektrooniline lamp töötab, sest vaakumis eelsoojendatud elektroodi hakkab kiirgama laengukandjate pinnalt. Loomulikult olid kiiresti kindlaks juhid valdkonnas, pind on nüüd hõlmatud elektrolüüsi õigus materjale.

Sisuliselt mõju termioonilistes heitkoguseid: laengukandjate eksponeerida null töö funktsiooni kristallvõre. Usutakse, et tavalisel temperatuuril hõljutab eespool metalli pinnale õhuke elektronide pilv. Aga keha pilt positiivne laeng juhul ei ole. Selle tulemusena küttevõimsus elektronide saab energiat ja lahkuda metallist. Palju intensiivsus protsessi täheldatakse temperatuuril 1000 K. Töö ei ole funktsioon sama metall, teadlased usuvad, et see on osaliselt tingitud nende elektronegatiivsust.

Kui kaks proovi puutuvad, ümberjaotamise protsess algab. See juhtub kuni tiheda elektronide pilv metallist tasakaalustab teine. Protsess tundub olevat lõppenud. Aga... lihtsalt Seebecki avastanud, et soojuse moodustab tasu. Rekombinatsiooni esine, fusion ja lagunemise tulemusena termopaari moodustatud otstes potentsiaalide erinevuse. Efekt võimendub kasutades kahte või enamat ühenduskohtades. Mida teha füüsika esimesel poolel XIX sajandil. Siis esimese termopaar ristmikul kuumutatakse ja teine ​​jahutati.

Kuumutamisel lõime tihedus elektronide pilved kahe metall kasvab tugevamaks. Järelikult potentsiaalide vahe suureneb. Energia eemaldab soojusenergiat kompenseeritakse vooluallikas. Seebecki efekt avaldub igal temperatuuril, suurenevad selle suurenedes.

Termodünaamilised teooria Seebecki efektil

Termodünaamiline teooria tegutseb ühiste väärtuste: voolu kalded jõud. Lahendades saadud võrrandisüsteemi Ohmi seadus suhet pinge, takistuse ja Fourier - soojusvoo kommunikatsiooni ja temperatuuri gradient. Kasutusele eriteguri- konkreetsed nimed:

• Isoleeritud juhtivuse (pöördvõrdeline eritakistuse);
• soojusjuhtivus.

Saadud võrrand on tagajärg juuresolekul kord kolme mõjud: Seebeck, Peltier ning Lord Kelvin. Nad on seatud enamasti eksperimentaalne, ilma teooria. Põhineb Seebecki mõju on juba üsna kaaluda Peltier avastas moodustamise vastupidine ristmikul temperatuuri vahe praeguse. Thomson mõju keerukas. Ta väidab, et kui seal mööda (vahe) dirigent temperatuuri gradient algab üle (ilmus või imendub) soojust. uuris ja osutunud õigusnormi termodünaamiline teooria:

1. Intermediate metall suletud ringis valmistatud eri metallist samal temperatuuril elektromagnetvälja nullsumma. Seda peetakse väljendus termodünaamika teine ​​seadus. Töö ei tehta ilma lisaenergiat. Mis juhtub samal temperatuuril ristmikud "Proof: soojusülekande tõttu praeguse võimatu, sest Peltier mõju. See võib põhjustada soojendus mõned alad ja muud jahutus. See tähendaks soojuse ülekanne külmemad kohad puudumisel välise toiteallikaga. Konditsioneer ei tegutsevad elekter, kuid tänu spetsiaalse juhtmestik ühendused. "
2. Magnus suletud silmuse samast materjalist ei toeta praegust temperatuuri vahe. Tagajärg seaduse oli EMF sõltub ainult vahe ristmikul temperatuuridel. Ärge muretsege soojendamine või jahutamine konnatingimusi juhtmete ise.
3. Järjestikused (vahe) Temperatuur: algebraline summa EMF kontuuri vahemikus T1 T3 on Algebralise summa emf loobus kontuuri mööda tagant T1 T2 ja T2 T3, mis tahes väärtusi T1, T2 ja T3.

Kõik kolm seadust väidavad, et saadud elektromotoorjõud muutub funktsioon ainult ristmikul temperatuuri. Need postuleerib kajastatakse mõõtmiste põhjal, sealhulgas mis toimub kodumajapidamise külmikud. Muud ravi: termopaar ei pruugi sisaldab kahte metall. Kui soovite temperatuuri mõõtmiseks gradient mööda thermoelectrode piisab ühe esinemise EMF. Teine materjal ühendust järeldused. See on juhul, kui degenereerunud ja üsna tõhus termopaar, mis tulenevad põhiõiguste võrrandid termodünaamiline teooria. Järelikult muutub ennustatud analüütiliselt.

On tehtud pilt allpool keerukuse filmima matemaatiliste valemite Internet kehtestamist. On näha, et puudumisel elektrivoolu esimese võrrandi termodünaamilise teooria on lihtsustatud. Sellest järeldub, et eemaldades pinge analoog-digitaal muundur väiksema voolupiirile, külmkapp Bosch maksab "termopaar" ühe metalli.

Eristada absoluutset ja suhtelist elektromagnetvälja. Teine viitab paari materjalid ning esimese - iseloomustab ainult ühte. Absoluutne emf mõõdetakse kasutades standardseid, mille puhul teiste meetoditega juba mõõdetud mõõdetud väärtus (õli õli). Katsed on erinevus EMF, mis võimaldab arvutada väärtus. Standardid praegu tunnustatud:

• Suhteliselt kõrgeid temperatuure (üle 100 K): plaatina, kuld, vase, volframi.
• Plii muudel juhtudel.

Väga madalatel temperatuuridel alla 20 K absoluutse elektromagnetvälja määratakse otse. Mõnes materjale muutub nullist, ühendades uuritava proovi paariga kohe tulevad soovitud väärtusele. Enamik metalle absoluutse elektromagnetvälja vahemikus 0-80 mV / K.

kineetilise teooria

Kineetilise teooria on pistmist mittetasakaalulist keskkonna seisundi kohta. Ta uurib neid liikuma. See põhineb Bardeen-Cooper-Schrieffer, ei ole nii hästi teada, et avalikkusele. Arvestades tõenäosus aktsepteeritud teooria, iga osakese peetakse individuaalselt, võtmata arvesse kogu süsteemi jõudlust. Sel teooria kutsus mikroskoopiline.

Võttes arvesse mõisteid: Cooper elektronpaari Fermi pind Debye sagedus ja nii edasi. Teooria toimib tõenäosuslik võrrandid ametid osakestest, Boltzmanni funktsiooni. Vastavalt esindused teaduse alguses XX sajandi iga metalli on teatud kontsentratsioon elektronide hajutatud juhuslikult, aga sõnakuulelikud Boltzmanni mudeli järgi. Need erinevad teooriad nimega:

• Vähk.
• Drude.
• Lorentz.
• Debye.

Vastavalt Boltzmanni mudeli keskmine translatoorse energiat liikumissuuna osakestest on 2/3 kT, kus k - on Boltzmanni konstant. Vastavalt sellele tõlgenduse termoelektriline emf on funktsioonina osakeste kontsentratsioon kahe metalli termopaari ja temperatuuri (vt. Joon.). See on lihtne kontrollida, et esitatud valemit metalli ei vasta tegelikule tähelepanekud. See toimub lihtsalt lugedes EMF väärtuste jagamisel temperatuurivahemik ja leida Seebecki koefitsient. Ta selgelt ülehinnatud.

Vasturääkivusi valemiga XX sajandi alguse elimineeriti Frenkel ja Sommerfeld teoreetilisest (1927). Viimase elektronid paigutatakse mudeli quantum statistika Fermi-Dirac. Sommerfeld Seebecki koefitsient saadakse väga väike kogus. See on kergesti seletatav asjaoluga, et valem kineetilise teooria töötama elektronide kontsentratsioon otseselt, kuid neid on raske mõõta ja jälgida.

Pooljuhid paremini kuuletuda kineetilise teooria. Elektrone materjalist suurema tihedusega hajus ja jõuda pesaga. Protsess jätkub nii kaua, kui leti valdkonnas "emigrantide" tasakaalustab liikumise counter voolu. Seoses protsessi selgitamisel kineetilise teooria ei erine argumente, valatud kahes eelnevas rubriigis, kuid on nüansse:

1. Suurenenud kontsentratsioon kandjad eelkõige märk oja kannab neid külma lõpus, kuid seal on juba kogunenud tasu takistab käigus. Kandjad vastupidise märgiga, vastupidi, kiirendas valdkonnas. Selle tulemusena, counter voolab vahelise piiri juures meedia on võrdne ja potentsiaalide vahe on otsustanud temperatuuri väärtus.
2. Difusioonikoefitsiendi on tihedalt seotud tasu liikuvust. See suhe on kehtestatud Einstein. Ebaühtlane kontsentratsioon on loodud, seega temperatuurigradient. Vähem mobiilne kulud moodustavad omamoodi kork oma teed, sest madal liikumiskiirus. Valdkonnas kuhjumise laengukandjate vastupidise märgiga tiivad osakesi. Selle tulemusena protsessi saavutanud tasakaalu.

Juuresolekul kahe kandjaga sümbolid tänu kõrgele Seebecki koefitsientide pooljuht. Metallide on suurenenud kontsentratsioon elektronide jõuab 10 sextillions kuupsentimeetri kohta. Järelikult temperatuurikõikumised jooniste ei saa olla suur, mis selgitab madala Seebecki koefitsient metalle.