التأثيرات الكهروحرارية سيبيك ، بلتيير وطومسون

يعتمد تشغيل الثلاجات والمولدات الكهروحرارية على الظواهر الكهروحرارية. وتشمل هذه تأثيرات سيبيك ، بلتيير وتومسون. ترتبط هذه التأثيرات بكل من تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية وتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة باردة.

تعود الخواص الكهروحرارية للأسلاك إلى التوصيلات بين الحرارة والتيارات الكهربائية:

• تأثير سيبيك - ظهور الحرارية EMF في سلسلة من الأسلاك غير المستوية ، في درجات حرارة مختلفة من أقسامها ؛
• تأثير بلتيير - امتصاص أو إطلاق الحرارة عند ملامسة موصلين مختلفين عندما يمر تيار كهربائي مباشر عبرهما ؛
• تأثير طومسون - امتصاص أو إطلاق الحرارة (سوبر جول) في حجم الموصل عند المرور عبر قطب ، تيار كهربائي في وجود تدرج درجة الحرارة.

تعتبر تأثيرات سيبيك ، بلتيير ، وطومسون من بين الظواهر الحركية. ترتبط بعمليات حركة الشحنة والطاقة ، لذلك غالبًا ما تسمى ظاهرة النقل.تتولد التدفقات الاتجاهية للشحنة والطاقة في البلورة وتحافظ عليها بواسطة قوى خارجية: المجال الكهربائي ، وتدرج درجة الحرارة.

التدفق الاتجاهي للجسيمات (على وجه الخصوص ناقلات الشحنة - الإلكترونات والثقوب) يحدث أيضًا في وجود تدرج تركيز لهذه الجسيمات. لا يخلق المجال المغناطيسي نفسه تدفقات موجهة من الشحنة أو الطاقة ، ولكنه يؤثر على التدفقات الناتجة عن التأثيرات الخارجية الأخرى.

تأثير سيبيكوف

تأثير سيبك هو أنه في حالة وجود دائرة كهربائية مفتوحة تتكون من عدة موصلات مختلفة ، تحافظ إحدى جهات الاتصال على درجة الحرارة T1 (الوصلة الساخنة) والأخرى على درجة الحرارة T2 (الوصلة الباردة) ، فعندئذٍ بشرط ألا تكون T1 مساوية لـ T2 عند النهايات تظهر القوة الدافعة الكهروحرارية E على الدائرة ، وعند إغلاق جهات الاتصال ، يظهر تيار كهربائي في الدائرة.

تأثير سيبيكوف:

في حالة وجود تدرج درجة الحرارة في الموصل ، يحدث تدفق الانتشار الحراري لحاملات الشحنة من الطرف الساخن إلى الطرف البارد. إذا كانت الدائرة الكهربائية مفتوحة ، فإن الناقلات تتراكم عند الطرف البارد ، وشحنها سلبًا إذا كانت هذه إلكترونات ، وإيجابيًا في حالة توصيل الثقب. في هذه الحالة ، تظل الشحنة الأيونية غير المعوضة في الطرف الساخن.

يؤدي المجال الكهربائي الناتج إلى إبطاء حركة الموجات الحاملة نحو الطرف البارد ويسرع حركة الموجات الحاملة نحو الطرف الساخن. تتشكل وظيفة التوزيع غير المتوازنة من تغيرات التدرج الحراري تحت تأثير المجال الكهربائي وتتشوه إلى حد ما. التوزيع الناتج بحيث يكون التيار صفراً. تتناسب قوة المجال الكهربائي مع تدرج درجة الحرارة الذي تسبب فيه.

تعتمد قيمة عامل التناسب وعلامته على خصائص المادة. يمكن الكشف عن مجال سيبيك الكهربائي وقياس القوة الكهروحرارية فقط في دائرة تتكون من مواد مختلفة. تتوافق الاختلافات في جهات الاتصال المحتملة مع الاختلاف في الإمكانات الكيميائية للمواد التي تتلامس.

تأثير بلتيير

تأثير بلتيير هو أنه عندما يمر تيار مباشر عبر مزدوج حراري يتكون من موصلين أو أشباه موصلات ، يتم إطلاق أو امتصاص كمية معينة من الحرارة عند نقطة التلامس (اعتمادًا على اتجاه التيار).

عندما تنتقل الإلكترونات من مادة من النوع p إلى مادة من النوع n من خلال اتصال كهربائي ، يجب أن تتغلب على حاجز الطاقة وأن تأخذ الطاقة من الشبكة البلورية (الوصلة الباردة) للقيام بذلك. على العكس من ذلك ، عند الانتقال من مادة من النوع n إلى مادة من النوع p ، تتبرع الإلكترونات بالطاقة للشبكة (الوصلة الساخنة).

تأثير بلتيير:

تأثير طومسون

تأثير طومسون هو أنه عندما يتدفق تيار كهربائي عبر موصل أو أشباه موصلات حيث يتم إنشاء تدرج درجة الحرارة ، بالإضافة إلى حرارة جول ، يتم إطلاق أو امتصاص كمية معينة من الحرارة (اعتمادًا على اتجاه التيار).

يرتبط السبب المادي لهذا التأثير بحقيقة أن طاقة الإلكترونات الحرة تعتمد على درجة الحرارة. ثم تكتسب الإلكترونات طاقة أعلى في المركب الساخن منها في المركب البارد. تزداد كثافة الإلكترونات الحرة أيضًا مع زيادة درجة الحرارة ، مما يؤدي إلى تدفق الإلكترونات من الطرف الساخن إلى الطرف البارد.

تتراكم الشحنة الموجبة عند الطرف الساخن والشحنة السالبة عند الطرف البارد. إن إعادة توزيع الشحنات يمنع تدفق الإلكترونات ويوقفه تمامًا عند اختلاف جهد معين.

تحدث الظواهر الموصوفة أعلاه بطريقة مماثلة في المواد ذات التوصيل الثقب ، مع الاختلاف الوحيد هو أن الشحنة السالبة تتراكم في الطرف الساخن والثقوب الموجبة الشحنة في الطرف البارد. لذلك ، بالنسبة للمواد ذات الموصلية المختلطة ، يكون تأثير طومسون ضئيلًا.

تأثير طومسون:

لم يجد تأثير طومسون تطبيقًا عمليًا ، ولكن يمكن استخدامه لتحديد نوع موصلية الشوائب لأشباه الموصلات.

الاستخدام العملي لتأثيرات سيبيك وبلتيير

الظواهر الكهروحرارية: تأثيرات سيبيك وبلتيير - البحث عن تطبيقات عملية في الحرارة غير الآلية لمحولات الطاقة الكهربائية - المولدات الحرارية (TEG)، في المضخات الحرارية - أجهزة التبريد ، والثرموستات ، ومكيفات الهواء ، وأنظمة القياس والتحكم مثل مستشعرات درجة الحرارة ، وتدفق الحرارة (انظر - المحولات الحرارية).

يوجد في قلب الأجهزة الكهروحرارية محولات طاقة خاصة لعناصر أشباه الموصلات (عناصر حرارية ، وحدات كهروحرارية) ، على سبيل المثال ، TEC1-12706. اقرأ المزيد هنا: عنصر بلتيير - كيف يعمل وكيفية التحقق والاتصال