थर्मोइलेक्ट्रोमोटिव बल (थर्मो-ईएमएफ) और प्रौद्योगिकी में इसका अनुप्रयोग

थर्मो-ईएमएफ एक इलेक्ट्रोमोटिव बल है जो एक विद्युत परिपथ में होता है जिसमें श्रृंखला से जुड़े असमान कंडक्टर होते हैं।

एक कंडक्टर 1 और दो समान कंडक्टर 2 से मिलकर सबसे सरल सर्किट, जिसके बीच संपर्क अलग-अलग तापमान T1 और T2 पर बनाए रखा जाता है, चित्र में दिखाया गया है।

तार 1 के सिरों पर तापमान के अंतर के कारण, गर्म जंक्शन के निकट आवेश वाहकों की औसत गतिज ऊर्जा ठंडे जंक्शन के निकट से अधिक हो जाती है। वाहक एक गर्म संपर्क से एक ठंडे संपर्क में फैलते हैं, और बाद वाला एक क्षमता प्राप्त करता है जिसका संकेत वाहकों के संकेत द्वारा निर्धारित किया जाता है। इसी तरह की प्रक्रिया श्रृंखला के दूसरे भाग की शाखाओं में होती है। इन संभावितों के बीच का अंतर थर्मो-ईएमएफ है।

एक बंद सर्किट में संपर्क में धातु के तारों के समान तापमान पर, संभावित अंतर से संपर्क करें उनके बीच की सीमाओं पर, यह सर्किट में कोई करंट नहीं बनाएगा, बल्कि केवल विपरीत दिशा वाले इलेक्ट्रॉन प्रवाह को संतुलित करेगा।

संपर्कों के बीच संभावित अंतरों के बीजगणितीय योग की गणना करना, यह समझना आसान है कि यह गायब हो जाता है। इसलिए, इस मामले में सर्किट में कोई ईएमएफ नहीं होगा। लेकिन क्या होगा अगर संपर्क तापमान अलग हैं? मान लें कि संपर्क C और D अलग-अलग तापमान पर हैं। तो क्या? आइए हम पहले यह मान लें कि धातु B से इलेक्ट्रॉनों का कार्य फलन धातु A से कार्य फलन से कम है।

आइए इस स्थिति को देखें। चलो डी से संपर्क करें - धातु बी से इलेक्ट्रॉन धातु ए में स्थानांतरित करना शुरू कर देंगे क्योंकि वास्तव में जंक्शन डी पर संपर्क संभावित अंतर उस पर गर्मी के प्रभाव के कारण बढ़ जाएगा। ऐसा इसलिए होगा क्योंकि संपर्क डी के पास धातु ए में अधिक सक्रिय इलेक्ट्रॉन हैं और अब वे यौगिक बी में भाग जाएंगे।

यौगिक C के पास इलेक्ट्रॉनों की बढ़ी हुई सांद्रता धातु A से धातु B तक, संपर्क C के माध्यम से उनकी गति शुरू करती है। यहाँ, धातु B के साथ, इलेक्ट्रॉन D से संपर्क करने के लिए आगे बढ़ेंगे। और यदि यौगिक D का तापमान संपर्क के सापेक्ष ऊंचा बना रहता है C, तब इस बंद सर्किट में इलेक्ट्रॉनों की दिशात्मक गति को वामावर्त बनाए रखा जाएगा - एक EMF की उपस्थिति की एक तस्वीर दिखाई देगी।

असमान धातुओं से बने इस तरह के एक बंद सर्किट में, संपर्क तापमान में अंतर से उत्पन्न ईएमएफ को थर्मो-ईएमएफ या थर्मोइलेक्ट्रोमोटिव बल कहा जाता है।

थर्मो-ईएमएफ दो संपर्कों के बीच तापमान अंतर के सीधे आनुपातिक है और सर्किट बनाने वाली धातुओं के प्रकार पर निर्भर करता है। ऐसे सर्किट में विद्युत ऊर्जा वास्तव में ऊष्मा स्रोत की आंतरिक ऊर्जा से प्राप्त होती है जो संपर्कों के बीच तापमान के अंतर को बनाए रखती है।बेशक, इस विधि द्वारा प्राप्त ईएमएफ बहुत छोटा है, धातुओं में इसे माइक्रोवोल्ट्स में मापा जाता है, अधिकतम दसियों माइक्रोवोल्ट्स में होता है, संपर्क तापमान में एक डिग्री के अंतर के लिए।

अर्धचालकों के लिए, थर्मो-ईएमएफ अधिक निकलता है, उनके लिए यह तापमान के अंतर के प्रति वोल्ट के कुछ हिस्सों तक पहुंचता है, क्योंकि अर्धचालकों में इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता स्वयं उनके तापमान पर काफी निर्भर करती है।

इलेक्ट्रॉनिक तापमान माप के लिए, उपयोग करें थर्मोक्यूल्स (थर्मोकपल्स)थर्मो-ईएमएफ माप के सिद्धांत पर काम करना। एक थर्मोकपल में दो असमान धातुएँ होती हैं जिनके सिरे एक साथ सोल्डर किए जाते हैं। दो संपर्कों (जंक्शन और मुक्त सिरों) के बीच तापमान के अंतर को बनाए रखते हुए, थर्मो-ईएमएफ को मापा जाता है। मुक्त सिरे यहां दूसरे संपर्क की भूमिका निभाते हैं। डिवाइस का मापने वाला सर्किट सिरों से जुड़ा होता है।

थर्मोकपल की विभिन्न धातुओं को अलग-अलग तापमान रेंज के लिए चुना जाता है और उनकी मदद से तापमान को विज्ञान और प्रौद्योगिकी में मापा जाता है।

अल्ट्रा-सटीक थर्मामीटर थर्मोक्यूल्स के आधार पर बनाए जाते हैं। थर्मोक्यूल्स की मदद से, बहुत कम और काफी उच्च तापमान दोनों को उच्च सटीकता के साथ मापा जा सकता है। इसके अलावा, माप की सटीकता अंततः थर्मो-ईएमएफ को मापने वाले वाल्टमीटर की सटीकता पर निर्भर करती है।

आंकड़ा दो जंक्शनों के साथ एक थर्मोकपल दिखाता है। एक जंक्शन पिघलने वाली बर्फ में डूबा हुआ है, और दूसरे जंक्शन का तापमान डिग्री में कैलिब्रेटेड स्केल के साथ वोल्टमीटर का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है। ऐसे थर्मामीटर की संवेदनशीलता को बढ़ाने के लिए, कभी-कभी थर्मोक्यूल्स को बैटरी से जोड़ा जाता है। यहाँ तक कि दीप्तिमान ऊर्जा के बहुत कमजोर प्रवाह (जैसे दूर के तारे से) को इस तरह से मापा जा सकता है।

व्यावहारिक माप के लिए, आयरन-कॉन्स्टेंटन, कॉपर-कॉन्स्टेंटन, क्रोमेल-एल्यूमेल, आदि का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। उच्च तापमान के लिए, वे प्लैटिनम और उसके मिश्र धातुओं के साथ वाष्प का सहारा लेते हैं - अपवर्तक सामग्री के लिए।

थर्माकोपल्स के आवेदन को व्यापक रूप से स्वीकार किया जाता है स्वचालित तापमान नियंत्रण प्रणालियों में कई आधुनिक उद्योगों में क्योंकि थर्मोकपल सिग्नल विद्युत है और इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा आसानी से व्याख्या की जा सकती है जो किसी विशेष हीटिंग डिवाइस की शक्ति को समायोजित करती है।

इस थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव (जिसे सीबेक इफेक्ट कहा जाता है) के विपरीत प्रभाव, सर्किट के माध्यम से प्रत्यक्ष विद्युत प्रवाह को पारित करते समय एक साथ दूसरे को ठंडा करने के दौरान संपर्कों में से एक को गर्म करने में शामिल होता है, पेल्टियर प्रभाव कहा जाता है।

दोनों प्रभावों का उपयोग थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर और थर्मोइलेक्ट्रिक रेफ्रिजरेटर में किया जाता है। अधिक जानकारी के लिए यहां देखें:सीबेक, पेल्टियर और थॉमसन थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव और उनके अनुप्रयोग