थर्मोइलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स (थर्मो-ईएमएफ) आणि तंत्रज्ञानामध्ये त्याचा वापर

थर्मो-ईएमएफ एक इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स आहे जी इलेक्ट्रिकल सर्किटमध्ये उद्भवते ज्यामध्ये मालिका-कनेक्ट असमान कंडक्टर असतात.

कंडक्टर 1 आणि दोन एकसारखे कंडक्टर 2 असलेले सर्वात सोपा सर्किट, ज्यामधील संपर्क T1 आणि T2 वेगवेगळ्या तापमानात राखले जातात, आकृतीमध्ये दर्शविले आहेत.

वायर 1 च्या टोकावरील तापमानातील फरकामुळे, गरम जंक्शनजवळ चार्ज वाहकांची सरासरी गतीज उर्जा थंड वाहकांपेक्षा जास्त असते. वाहक गरम संपर्कापासून थंड संपर्कात पसरतात आणि नंतरचे एक संभाव्यता प्राप्त करतात ज्याचे चिन्ह वाहकांच्या चिन्हाद्वारे निर्धारित केले जाते. अशीच प्रक्रिया साखळीच्या दुसऱ्या भागाच्या शाखांमध्ये घडते. या क्षमतांमधील फरक म्हणजे थर्मो-ईएमएफ.

बंद सर्किटमध्ये संपर्कात असलेल्या धातूच्या तारांच्या समान तापमानावर, संपर्क संभाव्य फरक त्यांच्या दरम्यानच्या सीमेवर, ते सर्किटमध्ये कोणतेही विद्युतप्रवाह निर्माण करणार नाही, परंतु केवळ विरुद्ध दिशेने निर्देशित इलेक्ट्रॉन प्रवाह संतुलित करेल.

संपर्कांमधील संभाव्य फरकांची बीजगणितीय बेरीज मोजणे, हे समजणे सोपे आहे की ते अदृश्य होते. म्हणून, या प्रकरणात सर्किटमध्ये ईएमएफ नसेल. पण संपर्क तापमान भिन्न असल्यास काय? असे गृहीत धरा की संपर्क C आणि D भिन्न तापमानात आहेत. मग काय? प्रथम आपण असे गृहीत धरू की धातू B पासून इलेक्ट्रॉनचे कार्य कार्य हे धातू A मधील कार्य कार्यापेक्षा कमी आहे.

ही परिस्थिती पाहू. चला D शी संपर्क साधू या - B धातूचे इलेक्ट्रॉन धातू A मध्ये हस्तांतरित होण्यास सुरवात करतील कारण वास्तविक D जंक्शनवरील संपर्क संभाव्य फरक त्याच्यावरील उष्णतेच्या प्रभावामुळे वाढेल. हे घडेल कारण धातू A मध्ये संपर्क D जवळ अधिक सक्रिय इलेक्ट्रॉन आहेत आणि आता ते कंपाऊंड B मध्ये घाई करतील.

कंपाऊंड C जवळील इलेक्ट्रॉन्सची वाढलेली एकाग्रता C च्या संपर्कातून त्यांची हालचाल सुरू करते, धातू A ते धातू B पर्यंत. येथे, B धातूच्या बाजूने, इलेक्ट्रॉन डी संपर्काकडे जातील. आणि जर कंपाऊंड D चे तापमान संपर्काच्या सापेक्ष उंचावत राहिले तर C, नंतर या बंद सर्किटमध्ये इलेक्ट्रॉनची दिशात्मक हालचाल घड्याळाच्या उलट दिशेने राखली जाईल — EMF च्या उपस्थितीचे चित्र दिसेल.

भिन्न धातूंनी बनलेल्या अशा क्लोज सर्किटमध्ये, संपर्क तापमानातील फरकामुळे उद्भवणाऱ्या EMFला थर्मो-ईएमएफ किंवा थर्मोइलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स म्हणतात.

थर्मो-ईएमएफ हे दोन संपर्कांमधील तापमानाच्या फरकाशी थेट प्रमाणात असते आणि ते सर्किट बनविणाऱ्या धातूंच्या प्रकारावर अवलंबून असते. अशा सर्किटमधील विद्युत ऊर्जा प्रत्यक्षात उष्णता स्त्रोताच्या अंतर्गत उर्जेपासून प्राप्त होते जी संपर्कांमधील तापमानातील फरक राखते.अर्थात, या पद्धतीद्वारे प्राप्त केलेला ईएमएफ अत्यंत लहान आहे, धातूंमध्ये ते मायक्रोव्होल्टमध्ये मोजले जाते, जास्तीत जास्त दहा मायक्रोव्होल्ट्समध्ये असते, संपर्क तापमानात एक अंश फरक असतो.

सेमीकंडक्टर्ससाठी, थर्मो-ईएमएफ अधिक असल्याचे दिसून येते, त्यांच्यासाठी ते तापमानाच्या फरकाच्या एका व्होल्टच्या भागांमध्ये पोहोचते, कारण सेमीकंडक्टरमध्ये इलेक्ट्रॉनची एकाग्रता स्वतःच त्यांच्या तापमानावर लक्षणीय अवलंबून असते.

इलेक्ट्रॉनिक तापमान मोजण्यासाठी, वापरा थर्मोकूपल्स (थर्मोकपल्स)थर्मो-ईएमएफ मापन तत्त्वावर कार्य करणे. थर्मोकूपलमध्ये दोन भिन्न धातू असतात ज्यांचे टोक एकत्र सोल्डर केलेले असतात. दोन संपर्कांमधील (जंक्शन आणि फ्री एंड्स) तापमानाचा फरक राखून, थर्मो-ईएमएफ मोजले जाते. येथे मुक्त टोक दुसऱ्या संपर्काची भूमिका बजावतात. डिव्हाइसचे मापन सर्किट टोकाशी जोडलेले आहे.

थर्मोकपल्सचे वेगवेगळे धातू वेगवेगळ्या तापमान श्रेणींसाठी निवडले जातात आणि त्यांच्या मदतीने विज्ञान आणि तंत्रज्ञानामध्ये तापमान मोजले जाते.

थर्माकोपल्सच्या आधारे अल्ट्रा-प्रिसिजन थर्मामीटर तयार केले जातात. थर्मोकपल्सच्या साहाय्याने, अत्यंत कमी आणि बरेच उच्च तापमान दोन्ही उच्च अचूकतेने मोजले जाऊ शकते. शिवाय, मोजमापाची अचूकता शेवटी थर्मो-ईएमएफ मोजणाऱ्या व्होल्टमीटरच्या अचूकतेवर अवलंबून असते.

आकृती दोन जंक्शनसह थर्मोकूपल दर्शवते. एक जंक्शन वितळणाऱ्या बर्फात बुडवले जाते आणि दुसऱ्या जंक्शनचे तापमान अंशांमध्ये कॅलिब्रेट केलेल्या स्केलसह व्होल्टमीटर वापरून निर्धारित केले जाते. अशा थर्मामीटरची संवेदनशीलता वाढवण्यासाठी, कधीकधी थर्मोकपल्स बॅटरीशी जोडलेले असतात. तेजस्वी उर्जेचे अत्यंत कमकुवत प्रवाह (उदा. दूरच्या तार्‍यापासून) देखील अशा प्रकारे मोजले जाऊ शकतात.

व्यावहारिक मोजमापांसाठी, लोह-कॉन्स्टंटन, तांबे-कॉन्स्टंटन, क्रोमेल-अल्युमेल, इत्यादी बहुतेकदा वापरले जातात. उच्च तापमानासाठी, ते प्लॅटिनम आणि त्याच्या मिश्र धातुंसह वाष्पांचा सहारा घेतात - रेफ्रेक्ट्री मटेरियल.

थर्माकोपल्सचा अर्ज मोठ्या प्रमाणावर स्वीकारला जातो स्वयंचलित तापमान नियंत्रण प्रणालींमध्ये बर्‍याच आधुनिक उद्योगांमध्ये थर्मोकूपल सिग्नल इलेक्ट्रिकल असल्यामुळे आणि विशिष्ट हीटिंग यंत्राची शक्ती समायोजित करणार्‍या इलेक्ट्रॉनिक्सद्वारे सहजपणे स्पष्ट केले जाऊ शकते.

या थर्मोइलेक्ट्रिक इफेक्ट (याला सीबेक इफेक्ट म्हणतात) च्या उलट परिणाम, सर्किटमधून थेट विद्युत प्रवाह पार करताना संपर्कांपैकी एक गरम करताना दुसर्‍याला थंड करताना, त्याला पेल्टियर प्रभाव म्हणतात.

दोन्ही प्रभाव थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर आणि थर्मोइलेक्ट्रिक रेफ्रिजरेटर्समध्ये वापरले जातात. अधिक तपशीलांसाठी येथे पहा:सीबेक, पेल्टियर आणि थॉमसन थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव आणि त्यांचे अनुप्रयोग