Seebeck, Peltier at Thomson thermoelectric effect

Ang pagpapatakbo ng mga thermoelectric refrigerator at generator ay batay sa thermoelectric phenomena. Kabilang dito ang mga epekto ng Seebeck, Peltier at Thomson. Ang mga epektong ito ay nauugnay sa parehong conversion ng thermal energy sa elektrikal na enerhiya at ang conversion ng elektrikal na enerhiya sa malamig na enerhiya.

Ang mga thermoelectric na katangian ng mga wire ay dahil sa mga koneksyon sa pagitan ng init at electric currents:

• Seebeck effect — paglitaw thermo-EMF sa isang kadena ng hindi pantay na mga wire, sa iba't ibang temperatura ng mga seksyon nito;
• Peltier effect — pagsipsip o pagpapalabas ng init sa pagdikit ng dalawang magkaibang konduktor kapag may direktang kuryenteng dumaan sa kanila;
• Thomson effect — pagsipsip o pagpapalabas ng init (super-Joule) sa volume ng isang conductor kapag dumadaan sa isang poste, electric current sa pagkakaroon ng temperature gradient.

Ang mga epekto ng Seebeck, Peltier, at Thompson ay kabilang sa mga kinetic phenomena. Ang mga ito ay nauugnay sa mga proseso ng paggalaw ng singil at enerhiya, samakatuwid sila ay madalas na tinatawag na transfer phenomena.Ang mga direksyong daloy ng singil at enerhiya sa isang kristal ay nabuo at pinapanatili ng mga panlabas na puwersa: electric field, temperatura gradient.

Direksyon na daloy ng mga particle (sa partikular na mga carrier ng singil - mga electron at butas) ay nangyayari rin sa pagkakaroon ng gradient ng konsentrasyon ng mga particle na ito. Ang magnetic field mismo ay hindi lumilikha ng mga direktang daloy ng singil o enerhiya, ngunit nakakaapekto ito sa mga daloy na nilikha ng iba pang mga panlabas na impluwensya.

Epekto ng Seebekov

Ang epekto ng Seebeck ay kung sa isang bukas na de-koryenteng circuit na binubuo ng maraming iba't ibang mga konduktor, ang isa sa mga contact ay nagpapanatili ng temperatura T1 (mainit na kantong) at ang isa pa ay ang temperatura T2 (malamig na kantong), pagkatapos ay sa ilalim ng kondisyon na ang T1 ay hindi katumbas ng T2 sa mga dulo ay lumilitaw ang thermoelectromotive force E sa circuit. Kapag sarado ang mga contact, lumilitaw ang isang electric current sa circuit.

Epekto ng Seebekov:

Sa pagkakaroon ng gradient ng temperatura sa konduktor, ang daloy ng thermal diffusion ng mga carrier ng singil ay nangyayari mula sa mainit na dulo hanggang sa malamig na dulo. Kung bukas ang de-koryenteng circuit, nag-iipon ang mga carrier sa malamig na dulo, negatibong sinisingil ito kung ito ay mga electron, at positibo sa kaso ng pagpapadaloy ng butas. Sa kasong ito, ang uncompensated ion charge ay nananatili sa mainit na dulo.

Ang nagreresultang electric field ay nagpapabagal sa paggalaw ng mga carrier patungo sa malamig na dulo at nagpapabilis sa paggalaw ng mga carrier patungo sa mainit na dulo. Ang di-equilibrium distribution function na nabuo sa pamamagitan ng gradient ng temperatura ay nagbabago sa ilalim ng pagkilos ng electric field at deformed sa ilang lawak. Ang resultang pamamahagi ay tulad na ang kasalukuyang ay zero. Ang lakas ng electric field ay proporsyonal sa gradient ng temperatura na naging sanhi nito.

Ang halaga ng proportionality factor at ang sign nito ay nakasalalay sa mga katangian ng materyal. Posibleng makita ang electric Seebeck field at sukatin ang thermoelectromotive force lamang sa isang circuit na binubuo ng iba't ibang materyales. Ang mga pagkakaiba sa mga potensyal na kontak ay tumutugma sa pagkakaiba sa mga potensyal na kemikal ng mga materyales na nakikipag-ugnayan.

Peltier effect

Ang epekto ng Peltier ay kapag ang isang direktang kasalukuyang dumaan sa isang thermocouple na binubuo ng dalawang konduktor o semiconductors, ang isang tiyak na halaga ng init ay inilabas o hinihigop sa contact point (depende sa direksyon ng kasalukuyang).

Kapag ang mga electron ay lumipat mula sa isang p-type na materyal patungo sa isang n-type na materyal sa pamamagitan ng isang de-koryenteng contact, dapat nilang malampasan ang isang energy barrier at kumuha ng enerhiya mula sa crystal lattice (cold junction) upang magawa ito. Sa kabaligtaran, kapag mula sa isang n-type na materyal patungo sa isang p-type na materyal, ang mga electron ay nag-donate ng enerhiya sa sala-sala (hot junction).

Peltier Effect:

Epekto ni Thomson

Ang epekto ng Thomson ay kapag ang isang electric current ay dumadaloy sa isang konduktor o semiconductor kung saan ang isang temperatura gradient ay nilikha, bilang karagdagan sa init ng Joule, ang isang tiyak na halaga ng init ay inilabas o hinihigop (depende sa direksyon ng kasalukuyang).

Ang pisikal na dahilan para sa epekto na ito ay nauugnay sa katotohanan na ang enerhiya ng mga libreng electron ay nakasalalay sa temperatura. Pagkatapos ang mga electron ay nakakakuha ng mas mataas na enerhiya sa mainit na tambalan kaysa sa malamig. Ang density ng mga libreng electron ay tumataas din sa pagtaas ng temperatura, na nagreresulta sa isang daloy ng mga electron mula sa mainit na dulo hanggang sa malamig na dulo.

Ang positibong singil ay naiipon sa mainit na dulo at ang negatibong singil sa malamig na dulo. Ang muling pamimigay ng mga singil ay pumipigil sa daloy ng mga electron at, sa isang tiyak na potensyal na pagkakaiba, ganap na huminto ito.

Ang mga phenomena na inilarawan sa itaas ay nangyayari sa katulad na paraan sa mga sangkap na may butas na pagpapadaloy, na ang pagkakaiba lamang ay ang negatibong singil ay nag-iipon sa mainit na dulo at may positibong sisingilin na mga butas sa malamig na dulo. Samakatuwid, para sa mga sangkap na may halo-halong kondaktibiti, ang epekto ng Thomson ay lumalabas na bale-wala.

Thomson effect:

Ang Thomson effect ay hindi nakahanap ng praktikal na aplikasyon, ngunit maaari itong magamit upang matukoy ang uri ng impurity conductivity ng semiconductors.

Praktikal na paggamit ng mga epekto ng Seebeck at Peltier

Thermoelectric phenomena: Seebeck at Peltier effect — makahanap ng praktikal na aplikasyon sa walang makinang init sa mga nagko-convert ng elektrikal na enerhiya — thermoelectric generators (TEG), sa mga heat pump — mga cooling device, thermostat, air conditioner, sa mga sistema ng pagsukat at pagkontrol gaya ng mga sensor ng temperatura, daloy ng init (tingnan ang — Thermoelectric converter).

Sa gitna ng mga thermoelectric device ay mga espesyal na elemento ng semiconductor-transducers (thermoelements, thermoelectric modules), halimbawa, tulad ng TEC1-12706. Magbasa pa dito: Peltier element - kung paano ito gumagana at kung paano suriin at kumonekta