เอฟเฟกต์เทอร์โมอิเล็กตริก Seebeck, Peltier และ Thomson

การทำงานของตู้เย็นเทอร์โมอิเล็กทริกและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริก ซึ่งรวมถึงเอฟเฟกต์ Seebeck, Peltier และ Thomson ผลกระทบเหล่านี้เกี่ยวข้องกับทั้งการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้าและการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเย็น

คุณสมบัติเทอร์โมอิเล็กทริกของสายไฟเกิดจากการเชื่อมต่อระหว่างความร้อนและกระแสไฟฟ้า:

• Seebeck effect — การเกิดขึ้น เทอร์โม-EMF ในสายโซ่ที่ไม่สม่ำเสมอที่อุณหภูมิต่างกันในส่วนของมัน
• ผลเพลเทียร์ — การดูดกลืนหรือคลายความร้อนที่หน้าสัมผัสของตัวนำที่แตกต่างกันสองตัวเมื่อกระแสไฟฟ้าตรงผ่านพวกมัน
• ผลกระทบของทอมสัน — การดูดซับหรือปล่อยความร้อน (ซูเปอร์จูล) ในปริมาตรของตัวนำเมื่อผ่านขั้ว กระแสไฟฟ้าในที่ที่มีการไล่ระดับอุณหภูมิ

เอฟเฟกต์ Seebeck, Peltier และ Thompson เป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ทางการเคลื่อนไหว สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องกับกระบวนการเคลื่อนที่ของประจุและพลังงานดังนั้นจึงมักเรียกว่าปรากฏการณ์การถ่ายโอนทิศทางการไหลของประจุและพลังงานในคริสตัลสร้างและรักษาโดยแรงภายนอก: สนามไฟฟ้า, การไล่ระดับอุณหภูมิ

ทิศทางการไหลของอนุภาค (โดยเฉพาะตัวพาประจุ — อิเล็กตรอนและโฮล) ยังเกิดขึ้นในการปรากฏตัวของความเข้มข้นของอนุภาคเหล่านี้ สนามแม่เหล็กเองไม่ได้สร้างการไหลของประจุหรือพลังงานโดยตรง แต่จะส่งผลต่อกระแสที่เกิดจากอิทธิพลภายนอกอื่นๆ

Seebekov ผล

ผลกระทบของ Seebeck คือหากในวงจรไฟฟ้าเปิดซึ่งประกอบด้วยตัวนำที่แตกต่างกันหลายตัว หน้าสัมผัสหนึ่งจะรักษาอุณหภูมิ T1 (จุดเชื่อมต่อร้อน) และอีกจุดหนึ่งมีอุณหภูมิ T2 (จุดเชื่อมต่อเย็น) ดังนั้นภายใต้เงื่อนไขที่ว่า T1 ไม่เท่ากับ T2 ในตอนท้ายจะมีแรงเทอร์โมอิเล็กโทรโมทีฟ E ปรากฏบนวงจร เมื่อหน้าสัมผัสปิดลงจะมีกระแสไฟฟ้าปรากฏขึ้นในวงจร

Seebekov ผล:

เมื่อมีการไล่ระดับอุณหภูมิในตัวนำ การไหลของการแพร่กระจายความร้อนของตัวพาประจุจะเกิดขึ้นจากปลายร้อนไปยังปลายเย็น หากวงจรไฟฟ้าเปิดอยู่ พาหะจะสะสมที่ปลายด้านเย็น ซึ่งจะชาร์จประจุในเชิงลบหากสิ่งเหล่านี้เป็นอิเล็กตรอน และในทางบวกในกรณีของการนำไฟฟ้าแบบโฮล ในกรณีนี้ ประจุไอออนที่ไม่มีการชดเชยจะยังคงอยู่ที่ปลายร้อน

สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะทำให้การเคลื่อนที่ของพาหะไปยังปลายเย็นช้าลง และเร่งการเคลื่อนที่ของพาหะไปยังปลายร้อน ฟังก์ชันการแจกแจงที่ไม่สมดุลเกิดขึ้นจากการเลื่อนระดับของอุณหภูมิภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าและมีรูปร่างผิดปกติในระดับหนึ่ง การกระจายผลลัพธ์นั้นทำให้กระแสเป็นศูนย์ ความแรงของสนามไฟฟ้าจะแปรผันตามความชันของอุณหภูมิที่ก่อให้เกิดสนามไฟฟ้า

ค่าของปัจจัยสัดส่วนและเครื่องหมายขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุ สามารถตรวจจับสนาม Seebeck ไฟฟ้าและวัดแรงเทอร์โมอิเล็กโทรโมทีฟได้ในวงจรที่ประกอบด้วยวัสดุต่างๆ เท่านั้น ความแตกต่างของการสัมผัสที่อาจเกิดขึ้นนั้นสอดคล้องกับความแตกต่างของศักยภาพทางเคมีของวัสดุที่สัมผัส

ผลเพลเทียร์

Peltier effect คือเมื่อกระแสตรงผ่านเทอร์โมคัปเปิลซึ่งประกอบด้วยตัวนำหรือสารกึ่งตัวนำสองตัว ความร้อนจำนวนหนึ่งจะถูกปล่อยหรือดูดซับที่จุดสัมผัส (ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแส)

เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากวัสดุประเภท p ไปยังวัสดุประเภท n ผ่านการสัมผัสทางไฟฟ้า พวกมันจะต้องเอาชนะอุปสรรคพลังงานและดึงพลังงานจากโครงผลึก (จุดแยกเย็น) เพื่อทำเช่นนั้น ในทางกลับกัน เมื่อเปลี่ยนจากวัสดุประเภท n ไปยังวัสดุประเภท p อิเล็กตรอนจะบริจาคพลังงานให้กับแลตทิซ (ทางแยกร้อน)

ผลเพลเทียร์:

ทอมสัน เอฟเฟ็กต์

ผลกระทบของทอมสันคือเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำหรือสารกึ่งตัวนำที่มีการสร้างเกรเดียนต์ของอุณหภูมิ นอกเหนือไปจากความร้อนจูล ความร้อนจำนวนหนึ่งจะถูกปลดปล่อยหรือดูดซับ (ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแส)

เหตุผลทางกายภาพสำหรับผลกระทบนี้เกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าพลังงานของอิเล็กตรอนอิสระขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ จากนั้นอิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานที่สูงกว่าในสารประกอบที่ร้อนกว่าในสารประกอบที่เย็น ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนอิสระยังเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้การไหลของอิเล็กตรอนจากปลายร้อนไปยังปลายเย็น

ประจุบวกสะสมที่ปลายร้อนและประจุลบสะสมที่ปลายเย็น การกระจายประจุซ้ำจะขัดขวางการไหลของอิเล็กตรอนและหยุดมันโดยสิ้นเชิงที่ความต่างศักย์จำนวนหนึ่ง

ปรากฏการณ์ที่อธิบายไว้ข้างต้นเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันในสารที่มีสื่อนำไฟฟ้าในรู โดยข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือประจุลบจะสะสมที่ปลายด้านร้อนและรูที่มีประจุบวกที่ปลายด้านเย็น ดังนั้นสำหรับสารที่มีค่าการนำไฟฟ้าแบบผสม ผลกระทบของทอมสันจึงไม่มีนัยสำคัญ

ทอมสัน เอฟเฟ็กต์:

เอฟเฟกต์ของทอมสันไม่พบการใช้งานจริง แต่สามารถใช้เพื่อกำหนดประเภทของการนำไฟฟ้าที่ไม่บริสุทธิ์ของเซมิคอนดักเตอร์

การใช้เอฟเฟกต์ Seebeck และ Peltier ในทางปฏิบัติ

ปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กตริก: เอฟเฟกต์ Seebeck และ Peltier — ค้นหาการใช้งานจริงกับตัวแปลงพลังงานความร้อนแบบไม่ใช้เครื่องจักร — เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก (TEG), ในปั๊มความร้อน — อุปกรณ์ทำความเย็น, เทอร์โมสตัท, เครื่องปรับอากาศ, ในระบบการวัดและควบคุม เช่น เซ็นเซอร์อุณหภูมิ, การไหลของความร้อน (ดู — ตัวแปลงเทอร์โมอิเล็กทริก).

หัวใจของอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกคือทรานสดิวเซอร์องค์ประกอบสารกึ่งตัวนำพิเศษ (องค์ประกอบความร้อน โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก) เช่น TEC1-12706 อ่านเพิ่มเติมที่นี่: องค์ประกอบ Peltier - วิธีการทำงานและวิธีตรวจสอบและเชื่อมต่อ