థర్మోఎలెక్ట్రిక్ సీబెక్ ప్రభావం: ఇది ఏమిటి? థర్మోకపుల్స్ మరియు థర్మోఎలెక్ట్రిక్ జనరేటర్లు ఎలా పని చేస్తాయి మరియు పనిచేస్తాయి
వేర్వేరు లోహాలతో తయారు చేయబడిన రెండు రాడ్లను గట్టిగా నొక్కితే, వాటి సంపర్కంపై డబుల్ ఎలక్ట్రిక్ పొర మరియు సంబంధిత సంభావ్య వ్యత్యాసం ఏర్పడుతుంది.
ఈ దృగ్విషయం లోహం నుండి ఎలక్ట్రాన్ల పని పనితీరు యొక్క విలువలలో వ్యత్యాసం కారణంగా ఉంది, రెండు సంప్రదింపు లోహాలలో ప్రతి లక్షణం. లోహం నుండి ఎలక్ట్రాన్ల పని ఫంక్షన్ (లేదా కేవలం పని ఫంక్షన్) అనేది లోహం యొక్క ఉపరితలం నుండి చుట్టుపక్కల వాక్యూమ్లోకి ఎలక్ట్రాన్ను తరలించడానికి ఖర్చు చేయవలసిన పని.
ఆచరణలో, పని ఫంక్షన్ పెద్దది, ఎలక్ట్రాన్లు ఇంటర్ఫేస్ను దాటగల సంభావ్యత తక్కువగా ఉంటుంది. తత్ఫలితంగా, కాంటాక్ట్ వైపు ప్రతికూల ఛార్జ్ పేరుకుపోతుంది, ఇక్కడ ఎక్కువ (!) పని ఫంక్షన్ ఉన్న లోహం ఉంది మరియు తక్కువ పని ఫంక్షన్తో మెటల్ వైపు సానుకూల ఛార్జ్ పేరుకుపోతుంది.
ఇటాలియన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త అలెశాండ్రో వోల్టా ఈ దృగ్విషయాన్ని గమనించి దానిని వివరించాడు. అనుభవం నుండి అతను ఈనాడు తెలిసిన రెండు చట్టాలను రూపొందించాడు వోల్టా యొక్క చట్టాలు.
వోల్టా యొక్క మొదటి నియమం ఇలా ఉంటుంది: రెండు వేర్వేరు లోహాల పరిచయం వద్ద, సంభావ్య వ్యత్యాసం తలెత్తుతుంది, ఇది రసాయన స్వభావం మరియు జంక్షన్ల ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
వోల్టా యొక్క రెండవ నియమం: శ్రేణి-కనెక్ట్ చేయబడిన వైర్ల చివర్లలోని పొటెన్షియల్ వ్యత్యాసం ఇంటర్మీడియట్ వైర్లపై ఆధారపడి ఉండదు మరియు బయటి వైర్లు ఒకే ఉష్ణోగ్రత వద్ద అనుసంధానించబడినప్పుడు సంభవించే సంభావ్య వ్యత్యాసానికి సమానంగా ఉంటుంది.
క్లాసికల్ ఎలక్ట్రాన్ సిద్ధాంతం యొక్క కోణం నుండి, వోల్టా యొక్క ప్రయోగం యొక్క అసాధారణ ఫలితాలు చాలా సరళంగా వివరించబడ్డాయి. మనం లోహం వెలుపల ఉన్న పొటెన్షియల్ని సున్నాగా తీసుకుంటే, మెటల్ లోపల పొటెన్షియల్ని తీసుకుంటారా? వాక్యూమ్కు సంబంధించి ఎలక్ట్రాన్ యొక్క I శక్తి దీనికి సమానంగా ఉంటుంది:
A1 మరియు A2 వర్క్ ఫంక్షన్లతో రెండు వేర్వేరు లోహాలను పరిచయం చేయడం ద్వారా, రెండవ మెటల్ నుండి ఎలక్ట్రాన్ల యొక్క అధిక పరివర్తనను మేము గమనిస్తాము, తక్కువ పని ఫంక్షన్తో, మొదటి మెటల్లోకి, పని పనితీరు ఎక్కువగా ఉంటుంది.
ఈ పరివర్తన ఫలితంగా, మొదటి లోహంలోని ఎలక్ట్రాన్ల ఏకాగ్రత (n1) రెండవ లోహం (n2)లోని ఎలక్ట్రాన్ల సాంద్రతతో పోలిస్తే పెరుగుతుంది, ఇది ఎలక్ట్రాన్ వాయువుల ప్రవాహానికి వ్యతిరేకంగా ప్రసరించే రివర్స్ ఎక్సెస్ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. పని ఫంక్షన్లలో వ్యత్యాసం కారణంగా ప్రవాహం.
రెండు లోహాల సరిహద్దు వద్ద సమతౌల్య స్థితిలో, కింది సంభావ్య వ్యత్యాసం స్థాపించబడుతుంది:
స్థిర సంభావ్య వ్యత్యాసం యొక్క విలువను ఈ క్రింది విధంగా నిర్ణయించవచ్చు:
ఈ దృగ్విషయం, దీనిలో సంపర్క సంభావ్య వ్యత్యాసం సంభవిస్తుంది, ఇది స్పష్టంగా ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది, అంటారు థర్మోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం లేదా సీబెక్ ప్రభావం… సీబెక్ ప్రభావం థర్మోకపుల్స్ మరియు థర్మోఎలెక్ట్రిక్ జనరేటర్ల ఆపరేషన్ను సూచిస్తుంది.
థర్మోకపుల్లో రెండు వేర్వేరు లోహాల రెండు జంక్షన్లు ఉంటాయి.జంక్షన్లలో ఒకటి మరొకదాని కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద నిర్వహించబడితే, అప్పుడు a thermoEMF:
థర్మోకపుల్స్ ఉష్ణోగ్రతను కొలవడానికి ఉపయోగిస్తారు మరియు వివిధ థర్మోకపుల్స్ నుండి తీసుకోబడిన బ్యాటరీలను EMF మూలాలుగా మరియు థర్మోఎలెక్ట్రిక్ జనరేటర్లుగా కూడా ఉపయోగించవచ్చు.
థర్మోఎలెక్ట్రిక్ జనరేటర్లో, రెండు వేర్వేరు లోహాల జంక్షన్ వేడెక్కినప్పుడు, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉన్న ఉచిత కండక్టర్ల మధ్య, థర్మోఎలెక్ట్రిక్ పొటెన్షియల్ తేడా లేదా థర్మోఇఎమ్ఎఫ్ ఏర్పడుతుంది మరియు మీరు అలాంటి సర్క్యూట్ను రెసిస్టెన్స్కు మూసివేస్తే, అప్పుడు కరెంట్ ప్రవహిస్తుంది. సర్క్యూట్, అంటే, థర్మల్ శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా ప్రత్యక్షంగా మార్చడం జరుగుతుంది.
సీబెక్ గుణకం, వోల్టా చెప్పినట్లుగా, ఈ థర్మోకపుల్లో ఉన్న లోహాల స్వభావంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. వివిధ థర్మోకపుల్స్ కోసం ThermoEMF విలువలు డిగ్రీకి మైక్రోవోల్ట్లలో కొలుస్తారు.
మీరు రెండు చోట్ల కలిపే రెండు అసమాన లోహాలు A మరియు Bతో కూడిన రింగ్ వైర్ను తీసుకుని, జంక్షన్లలో ఒకదానిని T1 ఉష్ణోగ్రతకు వేడి చేస్తే, T1 ఉష్ణోగ్రత T2 (రెండవ జంక్షన్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత) కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, అప్పుడు వేడిగా ఉంటుంది. కాంటాక్ట్ కరెంట్ మెటల్ B నుండి మెటల్ Aకి మళ్ళించబడుతుంది మరియు చల్లని లో - మెటల్ A నుండి మెటల్ B వరకు ఉంటుంది. ఈ సందర్భంలో మెటల్ A యొక్క థర్మోఎలెక్ట్రోమాగ్నెటిక్ ఫీల్డ్ మెటల్ Bకి సంబంధించి సానుకూలంగా పరిగణించబడుతుంది.
తెలిసిన అన్ని లోహాలు థర్మోఇఎమ్ఎఫ్ కోఎఫీషియంట్ల యొక్క వాటి స్వంత విలువలను కలిగి ఉంటాయి, అవి ఒక నిలువు వరుసలో వరుసగా అమర్చబడతాయి, తద్వారా ప్రతి మెటల్ కింది వాటికి సంబంధించి సానుకూల థర్మోఇఎమ్ఎఫ్ను చూపుతుంది.
ఉదాహరణకు, 100 డిగ్రీల కాంటాక్ట్ ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసంతో పేర్కొన్న లోహాలను ప్లాటినంతో కలిపితే ఫలితంగా ఏర్పడే థర్మోEMF (మిల్లీవోల్ట్లలో వ్యక్తీకరించబడింది) జాబితా ఇక్కడ ఉంది:
ఇచ్చిన డేటా సహాయంతో, ఉదాహరణకు, రాగి మరియు అల్యూమినియం అనుసంధానించబడితే మరియు పరిచయం యొక్క ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం 100 డిగ్రీల వద్ద నిర్వహించబడితే, ఏ రకమైన థర్మోEMF మారుతుందో నిర్ణయించడం సాధ్యపడుతుంది. పెద్ద దాని నుండి చిన్న థర్మోEMF విలువను తీసివేయడం సరిపోతుంది. కాబట్టి, 100 డిగ్రీల ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం ఉన్న రాగి-అల్యూమినియం జత 0.74 - 0.38 = 0.36 (mV)కి సమానమైన థర్మోEMFని ఇస్తుంది.
స్వచ్ఛమైన లోహాల ఆధారంగా థర్మోఎలెక్ట్రిక్ జనరేటర్లు సమర్థవంతమైనవి కావు (వాటి సామర్థ్యం సుమారు 1%), కాబట్టి అవి విస్తృతంగా ఉపయోగించబడవు. అయితే, సెమీకండక్టర్ థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కన్వర్టర్లను గమనించడం విలువ, ఇది 7% వరకు సామర్థ్యాన్ని చూపుతుంది.
అవి ఎక్కువగా డోప్ చేయబడిన సెమీకండక్టర్స్పై ఆధారపడి ఉంటాయి, గ్రూప్ V చాల్కోజెనైడ్స్పై ఆధారపడిన ఘన పరిష్కారాలు "వేడి" వైపు స్థిరమైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉంచడానికి, సూర్యకాంతి లేదా ముందుగా వేడిచేసిన ఓవెన్ యొక్క వేడి అనుకూలంగా ఉంటాయి.
ఇటువంటి పరికరాలు రిమోట్ సైట్లలో ప్రత్యామ్నాయ శక్తి వనరులుగా వర్తిస్తాయి: లైట్హౌస్లు, వాతావరణ స్టేషన్లు, స్పేస్క్రాఫ్ట్, నావిగేషన్ బోయ్లు, యాక్టివ్ రిపీటర్లు, చమురు మరియు గ్యాస్ పైప్లైన్ల యొక్క తుప్పు నిరోధక రక్షణ కోసం స్టేషన్లు.
థర్మోఎలెక్ట్రిక్ జనరేటర్ల యొక్క ప్రధాన ప్రయోజనాలు కదిలే భాగాలు లేకపోవడం, నిశ్శబ్ద ఆపరేషన్, సాపేక్షంగా చిన్న పరిమాణం మరియు సర్దుబాటు సౌలభ్యం. వారి ప్రధాన లోపం - 6% ప్రాంతంలో చాలా తక్కువ సామర్థ్యం, ఈ ప్రయోజనాలను తటస్థీకరిస్తుంది.