थर्मोइलेक्ट्रिक सीबेक प्रभाव: यह क्या है? थर्मोक्यूल्स और थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर कैसे काम करते हैं और संचालित करते हैं

यदि विभिन्न धातुओं से बनी दो छड़ों को आपस में कसकर दबाया जाता है, तो उनके संपर्क पर एक दोहरी विद्युत परत और एक समान संभावित अंतर बनता है।

यह घटना धातु से इलेक्ट्रॉनों के कार्य समारोह के मूल्यों में अंतर के कारण होती है, दो संपर्क धातुओं में से प्रत्येक की विशेषता। धातु से इलेक्ट्रॉनों का कार्य कार्य (या केवल कार्य फ़ंक्शन) वह कार्य है जिसे धातु की सतह से आसपास के वैक्यूम में एक इलेक्ट्रॉन को स्थानांतरित करने के लिए व्यय किया जाना चाहिए।

व्यवहार में, कार्य फ़ंक्शन जितना बड़ा होता है, उतनी ही कम संभावना होती है कि इलेक्ट्रॉन इंटरफ़ेस को पार कर सकते हैं। नतीजतन, यह पता चला है कि संपर्क के किनारे पर एक नकारात्मक चार्ज जमा होता है, जहां उच्च (!) कार्य फ़ंक्शन वाली धातु स्थित होती है, और धातु के किनारे पर कम कार्य फ़ंक्शन के साथ एक सकारात्मक चार्ज जमा होता है।

इतालवी भौतिक विज्ञानी एलेसेंड्रो वोल्टा ने इस घटना को देखा और इसका वर्णन किया। अपने अनुभव से उन्होंने दो नियम निकाले जिन्हें आज के रूप में जाना जाता है वोल्टा के नियम.

वोल्टा का पहला कानून इस तरह लगता है: दो अलग-अलग धातुओं के संपर्क में, एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है, जो रासायनिक प्रकृति और जंक्शनों के तापमान पर निर्भर करता है।

वोल्टा का दूसरा नियम: श्रृंखला से जुड़े तारों के सिरों पर संभावित अंतर मध्यवर्ती तारों पर निर्भर नहीं करता है और संभावित अंतर के बराबर होता है जो तब होता है जब सबसे बाहरी तार एक ही तापमान पर जुड़े होते हैं।

शास्त्रीय इलेक्ट्रॉन सिद्धांत के दृष्टिकोण से, वोल्टा के प्रयोग के असामान्य परिणामों को काफी सरलता से समझाया गया है। यदि हम धातु के बाहर विभव को शून्य मान लें, तो धातु के भीतर विभव के साथ? निर्वात के सापेक्ष इलेक्ट्रॉन की I ऊर्जा इसके बराबर होगी:

कार्य कार्यों A1 और A2 के साथ दो अलग-अलग धातुओं को संपर्क में लाते हुए, हम दूसरी धातु से इलेक्ट्रॉनों के अत्यधिक संक्रमण का निरीक्षण करेंगे, कम कार्य फलन के साथ, पहली धातु में, जिसका कार्य कार्य अधिक है।

इस संक्रमण के परिणामस्वरूप, पहली धातु में इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता (n1) दूसरी धातु (n2) में इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता की तुलना में बढ़ जाएगी, जो विपरीत दिशा में निर्देशित इलेक्ट्रॉन गैसों के विसरित प्रवाह का उल्टा अतिरिक्त उत्पन्न करेगी। कामकाजी कार्यों में अंतर के कारण प्रवाह।

दो धातुओं की सीमा पर संतुलन की स्थिति में, निम्नलिखित संभावित अंतर स्थापित किया जाएगा:

स्थिर संभावित अंतर का मान निम्नानुसार निर्धारित किया जा सकता है:

यह घटना, जिसमें एक संपर्क संभावित अंतर होता है, जो स्पष्ट रूप से तापमान पर निर्भर करता है, कहा जाता है थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव या सीबेक प्रभाव… सीबेक प्रभाव थर्मोकपल और थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर के संचालन को रेखांकित करता है।

एक थर्मोकपल में दो अलग-अलग धातुओं के दो जंक्शन होते हैं।यदि किसी एक जंक्शन को दूसरे की तुलना में अधिक तापमान पर बनाए रखा जाता है, तो a थर्मोईएमएफ:

थर्माकोउल्स का उपयोग तापमान को मापने के लिए किया जाता है, और विभिन्न थर्माकोउल्स से प्राप्त बैटरी ईएमएफ स्रोतों और यहां तक ​​​​कि थर्मोइलेक्ट्रिक जेनरेटर के रूप में भी उपयोग की जा सकती हैं।

थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर में, जब दो अलग-अलग धातुओं के जंक्शन को गर्म किया जाता है, तो कम तापमान पर स्थित मुक्त कंडक्टरों के बीच, एक थर्मोइलेक्ट्रिक संभावित अंतर या थर्मोईएमएफ होता है। और यदि आप ऐसे सर्किट को एक प्रतिरोध से बंद करते हैं, तो एक करंट प्रवाहित होगा सर्किट, यानी थर्मल ऊर्जा का विद्युत ऊर्जा में सीधा रूपांतरण होगा।

सीबेक गुणांक, जैसा कि वोल्टा ने कहा, इस थर्मोकपल में शामिल धातुओं की प्रकृति पर निर्भर करता है। विभिन्न थर्मोक्यूल्स के लिए थर्मोईएमएफ मान प्रति डिग्री माइक्रोवोल्ट्स में मापा जाता है।

यदि आप दो असमान धातुओं A और B से बने रिंग वायर को दो स्थानों पर जोड़ते हैं और जंक्शनों में से एक को तापमान T1 पर गर्म करते हैं ताकि T1 का तापमान T2 (दूसरे जंक्शन का तापमान) से अधिक हो, तो गर्म में संपर्क वर्तमान को धातु बी से धातु ए तक और ठंड में - धातु ए से धातु बी तक निर्देशित किया जाएगा। इस मामले में धातु ए के थर्मोइलेक्ट्रोमैग्नेटिक क्षेत्र को धातु बी के संबंध में सकारात्मक माना जाता है।

सभी ज्ञात धातुओं के थर्मोईएमएफ गुणांक के अपने मूल्य हैं, उन्हें लगातार एक कॉलम में व्यवस्थित किया जा सकता है ताकि प्रत्येक धातु निम्नलिखित के संबंध में एक सकारात्मक थर्मोईएमएफ दिखाए।

उदाहरण के लिए, यहां थर्मोईएमएफ (मिलीवोल्ट्स में अभिव्यक्त) की एक सूची दी गई है, जिसके परिणामस्वरूप निर्दिष्ट धातुएं प्लैटिनम के साथ 100 डिग्री के संपर्क तापमान अंतर के साथ मिलती हैं:

दिए गए डेटा की मदद से, यह निर्धारित करना संभव है कि किस प्रकार का थर्मोईएमएफ निकलेगा, उदाहरण के लिए, तांबा और एल्यूमीनियम जुड़े हुए हैं और संपर्क का तापमान अंतर 100 डिग्री पर बनाए रखा जाता है। बड़े से छोटे थर्मोईएमएफ मूल्य को घटाना पर्याप्त है। तो, 100 डिग्री के तापमान अंतर के साथ एक तांबे-एल्यूमीनियम जोड़ी 0.74 - 0.38 = 0.36 (एमवी) के बराबर थर्मोईएमएफ देगी।

शुद्ध धातुओं पर आधारित थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर कुशल नहीं हैं (उनकी दक्षता लगभग 1% है), इसलिए उनका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है। हालांकि, यह सेमीकंडक्टर थर्मोइलेक्ट्रिक कन्वर्टर्स पर ध्यान देने योग्य है, जो 7% तक की दक्षता दिखाते हैं।

वे अत्यधिक डोप किए गए अर्धचालकों पर आधारित हैं, समूह V चाकोजेनाइड्स पर आधारित ठोस समाधान। "गर्म" पक्ष को एक स्थिर तापमान पर रखने के लिए, सूरज की रोशनी या पहले से गरम ओवन की गर्मी उपयुक्त होती है।

इस तरह के उपकरण दूरस्थ स्थलों में वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों के रूप में लागू होते हैं: प्रकाशस्तंभ, मौसम स्टेशन, अंतरिक्ष यान, नेविगेशन बॉय, सक्रिय रिपीटर, तेल और गैस पाइपलाइनों के जंग-रोधी संरक्षण के लिए स्टेशन।

थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर के मुख्य लाभ चलती भागों की अनुपस्थिति, शांत संचालन, अपेक्षाकृत छोटे आकार और समायोजन में आसानी हैं। उनका मुख्य दोष - 6% के क्षेत्र में बेहद कम दक्षता, इन फायदों को बेअसर कर देती है।