Thermoelectromotive force (thermo-EMF) at ang aplikasyon nito sa teknolohiya

Ang Thermo-EMF ay isang electromotive force na nagaganap sa isang electrical circuit na binubuo ng mga series-connected na hindi pantay na conductor.

Ang pinakasimpleng circuit na binubuo ng isang conductor 1 at dalawang magkaparehong conductor 2, ang mga contact sa pagitan ng kung saan ay pinananatili sa iba't ibang mga temperatura T1 at T2, ay ipinapakita sa figure.

Dahil sa pagkakaiba ng temperatura sa mga dulo ng wire 1, ang average na kinetic energy ng mga charge carrier na malapit sa hot junction ay lumalabas na mas malaki kaysa malapit sa malamig. Ang mga carrier ay nagkakalat mula sa isang mainit na kontak patungo sa isang malamig, at ang huli ay nakakakuha ng isang potensyal na ang tanda ay tinutukoy ng tanda ng mga carrier. Ang isang katulad na proseso ay nagaganap sa mga sanga ng ikalawang bahagi ng kadena. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga potensyal na ito ay ang thermo-EMF.

Sa parehong temperatura ng mga wire na metal sa contact sa isang closed circuit, makipag-ugnayan sa potensyal na pagkakaiba sa mga hangganan sa pagitan ng mga ito, hindi ito lilikha ng anumang kasalukuyang sa circuit, ngunit balanse lamang ang magkasalungat na direksyon na daloy ng elektron.

Ang pagkalkula ng algebraic na kabuuan ng mga potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga contact, madaling maunawaan na ito ay naglalaho. Samakatuwid, sa kasong ito ay walang EMF sa circuit. Ngunit paano kung ang mga temperatura ng contact ay iba? Ipagpalagay na ang mga contact C at D ay nasa magkaibang temperatura. Ano ngayon? Ipagpalagay muna natin na ang work function ng mga electron mula sa metal B ay mas mababa kaysa sa work function mula sa metal A.

Tingnan natin ang sitwasyong ito. Painitin natin ang contact D — ang mga electron mula sa metal B ay magsisimulang lumipat sa metal A dahil talagang tataas ang contact potential difference sa junction D dahil sa epekto ng init dito. Mangyayari ito dahil mayroong mas aktibong mga electron sa metal A na malapit sa contact D at ngayon ay magmadali sila sa compound B.

Ang tumaas na konsentrasyon ng mga electron malapit sa compound C ay nagsisimula sa kanilang paggalaw sa pamamagitan ng contact C, mula sa metal A hanggang sa metal B. Dito, kasama ang metal B, ang mga electron ay lilipat upang makipag-ugnayan sa D. At kung ang temperatura ng compound D ay patuloy na tumataas kaugnay sa contact C, pagkatapos ay sa closed circuit na ito ang direksyon ng paggalaw ng mga electron ay mananatili sa counterclockwise - isang larawan ng pagkakaroon ng isang EMF ay lilitaw.

Sa ganitong saradong circuit na binubuo ng di-magkatulad na mga metal, ang EMF na nagreresulta mula sa pagkakaiba sa mga temperatura ng contact ay tinatawag na thermo-EMF o thermoelectromotive force.

Ang Thermo-EMF ay direktang proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng dalawang contact at depende sa uri ng mga metal na bumubuo sa circuit. Ang elektrikal na enerhiya sa naturang circuit ay aktwal na nagmula sa panloob na enerhiya ng pinagmumulan ng init na nagpapanatili ng pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng mga contact.Siyempre, ang EMF na nakuha sa pamamaraang ito ay napakaliit, sa mga metal ito ay sinusukat sa microvolts, ang maximum ay nasa sampu-sampung microvolts, para sa isang antas ng pagkakaiba sa mga temperatura ng contact.

Para sa mga semiconductors, ang thermo-EMF ay lumalabas na higit pa, para sa kanila umabot ito sa mga bahagi ng isang bolta bawat antas ng pagkakaiba sa temperatura, dahil ang konsentrasyon ng mga electron sa mga semiconductor mismo ay makabuluhang nakasalalay sa kanilang temperatura.

Para sa elektronikong pagsukat ng temperatura, gamitin thermocouple (thermocouples)nagtatrabaho sa prinsipyo ng pagsukat ng thermo-EMF. Ang isang thermocouple ay binubuo ng dalawang magkaibang metal na ang mga dulo ay pinagsama-sama. Sa pamamagitan ng pagpapanatili ng pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng dalawang contact (ang junction at ang libreng dulo), sinusukat ang thermo-EMF. Ang mga libreng dulo ay gumaganap ng papel ng pangalawang contact dito. Ang pagsukat ng circuit ng aparato ay konektado sa mga dulo.

Ang iba't ibang mga metal ng thermocouple ay pinili para sa iba't ibang mga saklaw ng temperatura at sa kanilang tulong ang temperatura ay sinusukat sa agham at teknolohiya.

Ang mga ultra-precision thermometer ay ginawa batay sa mga thermocouple. Sa tulong ng mga thermocouple, ang parehong napakababa at medyo mataas na temperatura ay maaaring masukat nang may mataas na katumpakan. Higit pa rito, ang katumpakan ng pagsukat sa huli ay nakasalalay sa katumpakan ng voltmeter na sumusukat sa thermo-EMF.

Ang figure ay nagpapakita ng isang thermocouple na may dalawang junctions. Ang isang junction ay nahuhulog sa natutunaw na niyebe, at ang temperatura ng kabilang junction ay tinutukoy gamit ang isang voltmeter na may sukat na naka-calibrate sa mga degree. Upang mapataas ang sensitivity ng naturang thermometer, kung minsan ang mga thermocouple ay konektado sa isang baterya. Kahit na ang napakahina na mga flux ng nagniningning na enerhiya (hal. mula sa isang malayong bituin) ay maaaring masukat sa ganitong paraan.

Para sa mga praktikal na sukat, ang iron-constantan, copper-constantan, chromel-alumel, atbp. ay kadalasang ginagamit. Tulad ng para sa mataas na temperatura, gumamit sila ng mga singaw na may platinum at mga haluang metal nito - sa mga matigas na materyales.

Ang aplikasyon ng mga thermocouple ay malawak na tinatanggap sa mga awtomatikong sistema ng pagkontrol sa temperatura sa maraming modernong industriya dahil ang signal ng thermocouple ay elektrikal at madaling ma-interpret ng electronics na nagsasaayos ng kapangyarihan ng isang partikular na heating device.

Ang kabaligtaran na epekto sa thermoelectric effect na ito (tinatawag na Seebeck effect), na binubuo sa pag-init ng isa sa mga contact habang sabay na pinapalamig ang isa habang nagpapasa ng direktang electric current sa circuit, ay tinatawag na Peltier effect.

Ang parehong mga epekto ay ginagamit sa mga thermoelectric generator at thermoelectric refrigerator. Para sa higit pang mga detalye tingnan dito:Seebeck, Peltier at Thomson thermoelectric effect at ang kanilang mga aplikasyon