થર્મોઇલેક્ટ્રિક સીબેક અસર: તે શું છે? થર્મોકોપલ્સ અને થર્મોઇલેક્ટ્રિક જનરેટર કેવી રીતે કાર્ય કરે છે અને કાર્ય કરે છે

જો વિવિધ ધાતુના બનેલા બે સળિયાને એકસાથે ચુસ્તપણે દબાવવામાં આવે, તો તેમના સંપર્ક પર ડબલ ઇલેક્ટ્રિક સ્તર અને અનુરૂપ સંભવિત તફાવત રચાય છે.

આ ઘટના મેટલમાંથી ઇલેક્ટ્રોનના કાર્ય કાર્યના મૂલ્યોમાં તફાવતને કારણે છે, જે બે સંપર્ક કરતી ધાતુઓમાંની દરેકની લાક્ષણિકતા છે. ધાતુમાંથી ઇલેક્ટ્રોનનું કાર્ય કાર્ય (અથવા ફક્ત કાર્ય કાર્ય) એ એક કાર્ય છે જે ધાતુની સપાટી પરથી ઇલેક્ટ્રોનને આસપાસના શૂન્યાવકાશમાં ખસેડવા માટે ખર્ચ કરવો આવશ્યક છે.

વ્યવહારમાં, કાર્ય કાર્ય જેટલું મોટું છે, ઇલેક્ટ્રોન ઇન્ટરફેસને પાર કરી શકે તેવી સંભાવના ઓછી છે. પરિણામે, તે તારણ આપે છે કે સંપર્કની બાજુએ નકારાત્મક ચાર્જ સંચિત થાય છે, જ્યાં ઉચ્ચ (!) કાર્ય કાર્ય સાથેની ધાતુ સ્થિત છે, અને નીચલા કાર્ય કાર્ય સાથે ધાતુની બાજુ પર હકારાત્મક ચાર્જ સંચિત થાય છે.

ઇટાલિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી એલેસાન્ડ્રો વોલ્ટાએ આ ઘટનાનું અવલોકન કર્યું અને તેનું વર્ણન કર્યું. અનુભવ પરથી તેમણે બે કાયદાઓ કાઢ્યા જે આજે તરીકે ઓળખાય છે વોલ્ટાના કાયદા.

વોલ્ટાનો પ્રથમ કાયદો આના જેવો સંભળાય છે: બે અલગ અલગ ધાતુઓના સંપર્કમાં, સંભવિત તફાવત ઉદ્ભવે છે, જે રાસાયણિક પ્રકૃતિ અને જંકશનના તાપમાન પર આધારિત છે.

વોલ્ટાનો બીજો નિયમ: શ્રેણી-જોડાયેલા વાયરોના છેડા પરનો સંભવિત તફાવત મધ્યવર્તી વાયરો પર આધાર રાખતો નથી અને તે સંભવિત તફાવત જેટલો છે કે જ્યારે સૌથી બહારના વાયરો સમાન તાપમાને જોડાયેલા હોય ત્યારે થાય છે.

ક્લાસિકલ ઇલેક્ટ્રોન થિયરીના દૃષ્ટિકોણથી, વોલ્ટાના પ્રયોગના અસામાન્ય પરિણામો તદ્દન સરળ રીતે સમજાવવામાં આવ્યા છે. જો આપણે ધાતુની બહારના પોટેન્શિયલને શૂન્ય તરીકે લઈએ, તો ધાતુની અંદર પોટેન્શિયલ સાથે? શૂન્યાવકાશને સંબંધિત ઇલેક્ટ્રોનની I ઊર્જા સમાન હશે:

વર્ક ફંક્શન્સ A1 અને A2 સાથે બે અલગ-અલગ ધાતુઓને સંપર્કમાં લાવીને, અમે બીજી ધાતુમાંથી નીચા વર્ક ફંક્શન સાથે, પ્રથમ ધાતુમાં ઇલેક્ટ્રોનના અતિશય સંક્રમણનું અવલોકન કરીશું, જેનું કાર્ય કાર્ય વધારે છે.

આ સંક્રમણના પરિણામે, પ્રથમ ધાતુમાં ઇલેક્ટ્રોનની સાંદ્રતા (n1) બીજી ધાતુ (n2) માં ઇલેક્ટ્રોનની સાંદ્રતાની તુલનામાં વધશે, જે ઇલેક્ટ્રોનની વિરુદ્ધ નિર્દેશિત ઇલેક્ટ્રોન વાયુઓના પ્રસરેલા પ્રવાહના વિપરીત વધારાનું નિર્માણ કરશે. કાર્યકારી કાર્યોમાં તફાવતને કારણે પ્રવાહ.

બે ધાતુઓની સીમા પર સંતુલનની સ્થિતિમાં, નીચેના સંભવિત તફાવતો સ્થાપિત થશે:

સ્થિર સંભવિત તફાવતનું મૂલ્ય નીચે મુજબ નક્કી કરી શકાય છે:

આ ઘટના, જેમાં સંપર્ક સંભવિત તફાવત જોવા મળે છે, જે દેખીતી રીતે તાપમાન પર આધાર રાખે છે, કહેવામાં આવે છે થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસર અથવા સીબેક અસર… સીબેક ઇફેક્ટ થર્મોકોપલ્સ અને થર્મોઇલેક્ટ્રિક જનરેટર્સના સંચાલનને અંતર્ગત કરે છે.

થર્મોકોપલમાં બે જુદી જુદી ધાતુઓના બે જંકશન હોય છે.જો એક જંકશન બીજા કરતા વધારે તાપમાને જાળવવામાં આવે, તો એ થર્મોઇએમએફ:

થર્મોકોપલ્સનો ઉપયોગ તાપમાન માપવા માટે થાય છે, અને વિવિધ થર્મોકોલમાંથી મેળવેલી બેટરીનો ઉપયોગ EMF સ્ત્રોતો અને થર્મોઈલેક્ટ્રીક જનરેટર તરીકે પણ થઈ શકે છે.

થર્મોઇલેક્ટ્રિક જનરેટરમાં, જ્યારે બે અલગ અલગ ધાતુઓના જંકશનને ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે નીચા તાપમાને સ્થિત મુક્ત વાહક વચ્ચે, થર્મોઇલેક્ટ્રિક સંભવિત તફાવત અથવા થર્મોઇએમએફ થાય છે. અને જો તમે આવા સર્કિટને પ્રતિકાર માટે બંધ કરો છો, તો પ્રવાહ વહેશે. સર્કિટ, એટલે કે, થર્મલ ઊર્જાનું વિદ્યુત ઊર્જામાં સીધું રૂપાંતર થશે.

સીબેક ગુણાંક, જેમ કે વોલ્ટાએ કહ્યું, આ થર્મોકોપલમાં સામેલ ધાતુઓની પ્રકૃતિ પર આધાર રાખે છે. વિવિધ થર્મોકોપલ્સ માટે થર્મોઇએમએફ મૂલ્યો પ્રતિ ડિગ્રી માઇક્રોવોલ્ટ્સમાં માપવામાં આવે છે.

જો તમે બે જગ્યાએ જોડાયેલી બે અલગ અલગ ધાતુઓ A અને B થી બનેલો રીંગ વાયર લો અને એક જંકશનને T1 તાપમાને ગરમ કરો જેથી T1 તાપમાન T2 (બીજા જંકશનનું તાપમાન) કરતા વધારે હોય, તો પછી ગરમીમાં સંપર્ક કરો પ્રવાહને મેટલ B થી મેટલ A તરફ નિર્દેશિત કરવામાં આવશે, અને ઠંડામાં - ધાતુ A થી મેટલ B તરફ. આ કિસ્સામાં મેટલ A નું થર્મોઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર મેટલ B ના સંદર્ભમાં હકારાત્મક માનવામાં આવે છે.

તમામ જાણીતી ધાતુઓમાં થર્મોઇએમએફ ગુણાંકના પોતાના મૂલ્યો હોય છે, તેઓને એક સ્તંભમાં સતત ગોઠવી શકાય છે જેથી દરેક ધાતુ નીચેનાના સંબંધમાં હકારાત્મક થર્મોઇએમએફ દર્શાવે છે.

ઉદાહરણ તરીકે, અહીં થર્મોઇએમએફ (મિલીવોલ્ટમાં વ્યક્ત) ની સૂચિ છે જે 100 ડિગ્રીના સંપર્ક તાપમાન તફાવત સાથે પ્લેટિનમ સાથે જ્યારે ઉલ્લેખિત ધાતુઓને જોડવામાં આવે ત્યારે પરિણામ આવશે:

આપેલ ડેટાની મદદથી, જો, ઉદાહરણ તરીકે, કોપર અને એલ્યુમિનિયમ જોડાયેલા હોય અને સંપર્કના તાપમાનનો તફાવત 100 ડિગ્રી પર જાળવવામાં આવે તો કયા પ્રકારનું થર્મોઇએમએફ બહાર આવશે તે નક્કી કરવું શક્ય છે. નાના થર્મોઇએમએફ મૂલ્યને મોટામાંથી બાદ કરવા માટે તે પૂરતું છે. તેથી, 100 ડિગ્રી તાપમાનના તફાવત સાથે કોપર-એલ્યુમિનિયમની જોડી 0.74 — 0.38 = 0.36 (mV) ની બરાબર થર્મોઇએમએફ આપશે.

શુદ્ધ ધાતુઓ પર આધારિત થર્મોઇલેક્ટ્રિક જનરેટર કાર્યક્ષમ નથી (તેમની કાર્યક્ષમતા લગભગ 1% છે), તેથી તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થતો નથી. તે નોંધવું યોગ્ય છે, જો કે, સેમિકન્ડક્ટર થર્મોઇલેક્ટ્રિક કન્વર્ટર, જે 7% સુધીની કાર્યક્ષમતા દર્શાવે છે.

તેઓ અત્યંત ડોપ્ડ સેમિકન્ડક્ટર્સ પર આધારિત છે, જૂથ V ચાલ્કોજેનાઇડ્સ પર આધારિત નક્કર ઉકેલો. "ગરમ" બાજુને સતત તાપમાન પર રાખવા માટે, સૂર્યપ્રકાશ અથવા પ્રીહિટેડ ઓવનની ગરમી યોગ્ય છે.

આવા ઉપકરણો રિમોટ સાઇટ્સમાં વૈકલ્પિક ઉર્જા સ્ત્રોત તરીકે લાગુ પડે છે: લાઇટહાઉસ, વેધર સ્ટેશન, સ્પેસક્રાફ્ટ, નેવિગેશન બોય, એક્ટિવ રીપીટર, ઓઇલ અને ગેસ પાઇપલાઇન્સના કાટ-રોધી સંરક્ષણ માટેના સ્ટેશન.

થર્મોઇલેક્ટ્રિક જનરેટરના મુખ્ય ફાયદાઓમાં ફરતા ભાગોની ગેરહાજરી, શાંત કામગીરી, પ્રમાણમાં નાનું કદ અને ગોઠવણની સરળતા છે. તેમની મુખ્ય ખામી - 6% ના ક્ષેત્રમાં અત્યંત ઓછી કાર્યક્ષમતા, આ ફાયદાઓને તટસ્થ કરે છે.