آموزش های پایه ای برق, مقالات
اثر سیبک و ضریب سیبک
دی
اثر سیبک و ضریب سیبک
هنگامی که دو هادی الکتریکی یا نیمه هادی مختلف در دماهای مختلف نگهداری‌شوند ، منجر به ایجاد پتانسیل الکتریکی می‌شود.این موضوع توسط فیزیکدان آلمانی توماس سیبک (1831-1770) کشف شد. سیبک با مشاهده جابه جایی سوزن قطب نما به واسطه ایجاد یک حلقه بسته بین دو فلز مختلف یا نیمه هادی متفاوت ، این مسئله را کشف کرد.
سیبک در ابتدا اعتقاد داشت که این به دلیل مغناطیس ناشی از اختلاف دما‌است و او این اثر را اثر ترمو مغناطیسی نامید. با این حال فیزیکدان دانمارکی هانس کریستین اورستد متوجه‌شد که این یک جریان الکتریکی‌است که القا می‌شود، که به دلیل قانون آمپر باعث جابه جایی آهنربا‌می‌شود.الکترون های والانس در قسمت گرمتر فلز صرفاً علت آن هستند و دلیل این امر ، انرژی حرارتی‌است. همچنین به دلیل انرژی جنبشی این الکترونها، این الکترونهای والانس با سرعت بیشتری به سمت انتهای دیگر (سردتر) حرکت می‌کنند. در مقابل الکترونهای قسمت های سردتر به سمت قسمت گرمتر با سرعت کمتری حرکت می‌کنند.
توماس سیبک
علت حرکت آنها:
- در طرف گرم ، توزیع فرمی نرم‌است ، یعنی غلظت الکترونها بالاتر از انرژی فرمی‌است ، اما در سمت سرد ، توزیع فرمی تیز‌‌‌‌‌است ، یعنی ما الکترونهای کمتری از انرژی فرمی داریم.
- الکترونها به جایی می‌روند که انرژی کمتری باشد بنابراین از انتهای گرمتر به انتهای سردتر منتقل می‌شوند که منجر به انتقال انرژی‌می‌شود و در نتیجه تعادل دمایی داریم.
یا به عبارت ساده می‌توانیم نتیجه بگیریم که الکترونها در انتهای گرمتر از میانگین متوسط حرکت بالایی نسبت به انتهای سردتر دارند. این حرکت باعث می‌شود بار منفی بیشتری در قسمت سردتر نسبت به بخش گرمتر داشته‌باشیم ، که منجر به تولید پتانسیل الکتریکی‌می‌شود.در صورت اتصال این دو از طریق یک مدار الکتریکی، این منجر به تولید یک برق DC می‌شود. اما ولتاژ تولید‌شده در اختلاف دمای کلوین ، چند میکروولت‌است.اکنون همه ما از این واقعیت آگاه هستیم که در مدار سری ولتاژ و در مدار موازی جریان افزایش می‌یابد.
بنابراین می‌توانیم با اتصال این دستگاه‌ها برای افزایش ولتاژ (در صورت اتصال سری) یا افزایش حداکثر جریان قابل تحویل (به صورت موازی)، آنها را تقویت کنیم. برای این منظور تنها یک چیز لازم‌است که آن نگهداشتن اختلاف دمای زیاد‌است. با این وجود یک نکته را باید در نظر داشته‌باشید که ما باید اختلاف دمای ثابت، اما با درجه حرارت متفاوتی در دو طرف داشته‌باشیم، بنابراین توزیع انرژی در هر دو فلز یا نیمه رسانا متفاوت خواهد بود و از این رو منجر به ایجاد اختلاف پتانسیل‌می‌شود.
ضریب سیبک
ولتاژ تولید‌شده بین دو نقطه بر روی یک هادی هنگامی که اختلاف دمای پایدار 1 درجه کلوین بین آنها حفظ شود به عنوان ضریب سیبک گفته‌می‌شود.
چنین ترکیبی ازآلیاژ مس ، دارای ضریب سیبک 41 میکرو ولت بر کلوین در دمای اتاق‌است.
با این حال ، در سال 2008 مشاهده‌شد که وقتی گرما بر فلز مغناطیسی ، اعمال شود ، الکترون آن مطابق چرخش آن تنظیم‌می‌شود.
این تنظیم مجدد اما دلیل ایجاد گرما نیست. این اثر K / W به عنوان اثر چرخش سیبک‌است. این اثر در توسعه میکروسوئیچ های سریع و کارآمد استفاده‌می‌شود.
کاربردی های اثر سیبک
1- این اثر سیبک معمولاً در ترموکوپل‌ها برای اندازه‌گیری اختلاف دما یا برای فعال‌کردن کلیدهای الکترونیکی که می‌توانند سیستم را روشن یا خاموش‌کنند ، استفاده‌می‌شود. ترکیبات فلزی ترموکوپل که معمولاً مورد‌استفاده قرار‌می‌گیرند عبارتند از: ثابت / مس ، ثابت / آهن ، ثابت / کروم و ثابت / آلومل.
2- اثر سیبک در ژنراتور حرارتی استفاده‌می‌شود ، که مانند موتور حرارتی عمل می‌کند.
3- این ها همچنین در بعضی از نیروگاه‌ها به منظور تبدیل گرمای زباله به انرژی اضافی مورد‌استفاده قرار‌می‌گیرند.
4- در خودروها به عنوان مولد ترموالکتریک خودرو برای افزایش راندمان سوخت استفاده‌می‌شود.