थर्मोइलेक्ट्रिक सीबेक प्रभाव: ते काय आहे? थर्मोकपल्स आणि थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर कसे कार्य करतात आणि ऑपरेट करतात

जर वेगवेगळ्या धातूंनी बनवलेल्या दोन दांड्यांना एकत्र दाबले गेले, तर त्यांच्या संपर्कावर दुहेरी विद्युत थर आणि संबंधित संभाव्य फरक तयार होईल.

ही घटना धातूपासून इलेक्ट्रॉनच्या कार्य कार्याच्या मूल्यांमधील फरकामुळे आहे, प्रत्येक दोन संपर्क धातूंचे वैशिष्ट्य आहे. धातूपासून इलेक्ट्रॉनचे कार्य कार्य (किंवा फक्त कार्य कार्य) हे असे कार्य आहे जे धातूच्या पृष्ठभागावरून इलेक्ट्रॉनला आसपासच्या व्हॅक्यूममध्ये हलविण्यासाठी खर्च करणे आवश्यक आहे.

सराव मध्ये, कामाचे कार्य जितके मोठे असेल तितकी इलेक्ट्रॉन इंटरफेस ओलांडण्याची शक्यता कमी असते. परिणामी, असे दिसून आले की संपर्काच्या बाजूला नकारात्मक चार्ज जमा होतो, जेथे उच्च (!) कार्य फंक्शन असलेली धातू असते आणि कमी कार्य कार्यासह धातूच्या बाजूला सकारात्मक शुल्क जमा होते.

इटालियन भौतिकशास्त्रज्ञ अॅलेसॅन्ड्रो व्होल्टा यांनी या घटनेचे निरीक्षण केले आणि त्याचे वर्णन केले. अनुभवातून त्यांनी आज ओळखले जाणारे दोन कायदे काढले व्होल्टाचे कायदे.

व्होल्टाचा पहिला नियम असा वाटतो: दोन भिन्न धातूंच्या संपर्कात, संभाव्य फरक उद्भवतो, जो रासायनिक स्वरूपावर आणि जंक्शनच्या तापमानावर अवलंबून असतो.

व्होल्टाचा दुसरा नियम: मालिका-कनेक्ट केलेल्या तारांच्या टोकावरील संभाव्य फरक हा मध्यवर्ती तारांवर अवलंबून नसतो आणि त्याच तापमानावर सर्वात बाहेरील तारा जोडल्या गेल्यावर उद्भवणाऱ्या संभाव्य फरकाच्या समान असतो.

शास्त्रीय इलेक्ट्रॉन सिद्धांताच्या दृष्टिकोनातून, व्होल्टाच्या प्रयोगाचे असामान्य परिणाम अगदी सोप्या पद्धतीने स्पष्ट केले आहेत. जर आपण धातूच्या बाहेरची क्षमता शून्य म्हणून घेतली, तर धातूच्या आत पोटेंशिअल? व्हॅक्यूमच्या सापेक्ष इलेक्ट्रॉनची I ऊर्जा समान असेल:

A1 आणि A2 कार्य फंक्शन्ससह दोन भिन्न धातू संपर्कात आणल्यास, आम्ही दुसर्‍या धातूपासून कमी कार्य कार्यासह, पहिल्या धातूमध्ये इलेक्ट्रॉन्सचे अत्यधिक संक्रमण पाहतो, ज्याचे कार्य कार्य मोठे आहे.

या संक्रमणाचा परिणाम म्हणून, पहिल्या धातूतील इलेक्ट्रॉन्सची एकाग्रता (n1) दुसऱ्या धातूतील इलेक्ट्रॉनच्या एकाग्रतेच्या तुलनेत (n2) वाढेल, ज्यामुळे इलेक्ट्रॉन वायूंच्या विपरित प्रवाहाच्या विरुध्द निर्देशित होणार्‍या विपरित प्रवाहाची निर्मिती होईल. कामकाजातील फरकामुळे होणारा प्रवाह.

दोन धातूंच्या सीमेवर समतोल स्थितीत, खालील संभाव्य फरक स्थापित केला जाईल:

स्थिर संभाव्य फरकाचे मूल्य खालीलप्रमाणे निर्धारित केले जाऊ शकते:

ही घटना, ज्यामध्ये संपर्क संभाव्य फरक उद्भवतो, जो स्पष्टपणे तापमानावर अवलंबून असतो, म्हणतात थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव किंवा सीबेक प्रभाव… सीबेक इफेक्ट थर्मोकपल्स आणि थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरच्या ऑपरेशनला अधोरेखित करतो.

थर्मोकूपलमध्ये दोन वेगवेगळ्या धातूंचे दोन जंक्शन असतात.जर एक जंक्शन दुसर्‍यापेक्षा जास्त तपमानावर ठेवला असेल, तर अ थर्मोईएमएफ:

थर्मोकपल्सचा वापर तापमान मोजण्यासाठी केला जातो आणि विविध थर्मोकपल्समधून मिळवलेल्या बॅटरीचा वापर EMF स्त्रोत आणि थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर म्हणून केला जाऊ शकतो.

थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरमध्ये, जेव्हा दोन भिन्न धातूंचे जंक्शन गरम केले जाते तेव्हा, कमी तापमानावर असलेल्या मुक्त कंडक्टरमध्ये, थर्मोइलेक्ट्रिक संभाव्य फरक किंवा थर्मोईएमएफ उद्भवतो. आणि जर तुम्ही अशा सर्किटला प्रतिकार करण्यासाठी बंद केले, तर विद्युतप्रवाह आत जाईल. सर्किट, म्हणजेच थर्मल ऊर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये थेट रूपांतर होईल.

व्होल्टाने म्हटल्याप्रमाणे सीबेक गुणांक या थर्मोकूपलमध्ये समाविष्ट असलेल्या धातूंच्या स्वरूपावर अवलंबून असतो. विविध थर्मोकपल्ससाठी थर्मोईएमएफ मूल्ये प्रति डिग्री मायक्रोव्होल्टमध्ये मोजली जातात.

जर तुम्ही दोन भिन्न धातू A आणि B दोन ठिकाणी जोडलेली रिंग वायर घेतली आणि त्यातील एक जंक्शन T1 तापमानाला गरम केल्यास T1 चे तापमान T2 (दुसऱ्या जंक्शनचे तापमान) पेक्षा जास्त असेल, तर उष्णतेमध्ये संपर्क करा विद्युत प्रवाह धातू B वरून धातू A कडे निर्देशित केला जाईल आणि थंडीत - धातू A ते धातू B पर्यंत. या प्रकरणात धातू A चे थर्मोइलेक्ट्रोमॅग्नेटिक क्षेत्र धातू B च्या संदर्भात सकारात्मक मानले जाते.

सर्व ज्ञात धातूंचे थर्मोईएमएफ गुणांकांचे स्वतःचे मूल्य असतात, ते एका स्तंभात सलगपणे मांडले जाऊ शकतात जेणेकरुन प्रत्येक धातू खालील संबंधात सकारात्मक थर्मोईएमएफ दर्शवेल.

उदाहरणार्थ, येथे थर्मोईएमएफची सूची आहे (मिलीव्होल्टमध्ये व्यक्त केलेले) जे 100 अंशांच्या संपर्क तापमानाच्या फरकासह प्लॅटिनमसह निर्दिष्ट धातू एकत्रित केल्यावर परिणाम होईल:

दिलेल्या डेटाच्या मदतीने, उदाहरणार्थ, तांबे आणि अॅल्युमिनियम जोडलेले असल्यास आणि संपर्काच्या तापमानाचा फरक 100 अंशांवर ठेवल्यास कोणत्या प्रकारचे थर्मोईएमएफ निघेल हे निर्धारित करणे शक्य आहे. मोठ्या मधून लहान थर्मोईएमएफ मूल्य वजा करणे पुरेसे आहे. तर, 100 अंश तापमानातील फरक असलेली तांबे-अ‍ॅल्युमिनियम जोडी 0.74 — 0.38 = 0.36 (mV) च्या समान थर्मोईएमएफ देईल.

शुद्ध धातूंवर आधारित थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर कार्यक्षम नाहीत (त्यांची कार्यक्षमता सुमारे 1% आहे), म्हणून ते मोठ्या प्रमाणावर वापरले जात नाहीत. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे, तथापि, अर्धसंवाहक थर्मोइलेक्ट्रिक कन्व्हर्टर्स, जे 7% पर्यंत कार्यक्षमता दर्शवतात.

ते अत्यंत डोप केलेल्या अर्धसंवाहकांवर आधारित आहेत, गट V चाल्कोजेनाइड्सवर आधारित घन द्रावण आहेत. "गरम" बाजू स्थिर तापमानात ठेवण्यासाठी, सूर्यप्रकाश किंवा प्रीहीटेड ओव्हनची उष्णता योग्य आहे.

अशी उपकरणे रिमोट साइट्समध्ये पर्यायी उर्जा स्त्रोत म्हणून लागू आहेत: दीपगृह, हवामान केंद्रे, अंतराळ यान, नेव्हिगेशन बॉय, सक्रिय रिपीटर्स, तेल आणि गॅस पाइपलाइनच्या गंजरोधक संरक्षणासाठी स्टेशन.

थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरचे मुख्य फायदे म्हणजे हलत्या भागांची अनुपस्थिती, शांत ऑपरेशन, तुलनेने लहान आकार आणि समायोजनाची सोय. त्यांचा मुख्य दोष - 6% च्या प्रदेशात अत्यंत कमी कार्यक्षमता, हे फायदे तटस्थ करते.