Daya termoelektromotif (thermo-EMF) dan aplikasinya dalam teknologi

Thermo-EMF ialah daya gerak elektrik yang berlaku dalam litar elektrik yang terdiri daripada konduktor tidak sekata bersambung siri.

Litar termudah yang terdiri daripada konduktor 1 dan dua konduktor serupa 2, sesentuh di antaranya dikekalkan pada suhu yang berbeza T1 dan T2, ditunjukkan dalam rajah.

Oleh kerana perbezaan suhu pada hujung wayar 1, tenaga kinetik purata pembawa cas berhampiran persimpangan panas ternyata lebih besar daripada berhampiran yang sejuk. Pembawa meresap dari sentuhan panas kepada yang sejuk, dan yang terakhir memperoleh potensi yang tandanya ditentukan oleh tanda pembawa. Proses yang sama berlaku di cawangan bahagian kedua rantai. Perbezaan antara potensi ini ialah termo-EMF.

Pada suhu yang sama wayar logam yang bersentuhan dalam litar tertutup, beza keupayaan sentuhan pada sempadan antara mereka, ia tidak akan mencipta sebarang arus dalam litar, tetapi hanya mengimbangi aliran elektron yang berlawanan arah.

Mengira jumlah algebra bagi perbezaan potensi antara kenalan, adalah mudah untuk memahami bahawa ia hilang. Oleh itu, dalam kes ini tidak akan ada EMF dalam litar. Tetapi bagaimana jika suhu sentuhan berbeza? Andaikan sesentuh C dan D berada pada suhu yang berbeza. Selepas itu, apa? Mari kita anggap dahulu bahawa fungsi kerja elektron daripada logam B adalah kurang daripada fungsi kerja daripada logam A.

Mari kita lihat keadaan ini. Mari kita panaskan sesentuh D — elektron daripada logam B akan mula berpindah ke logam A kerana sebenarnya beza keupayaan sesentuh di simpang D akan meningkat akibat kesan haba ke atasnya. Ini akan berlaku kerana terdapat lebih banyak elektron aktif dalam logam A sesentuh dekat D dan kini mereka akan tergesa-gesa ke sebatian B.

Peningkatan kepekatan elektron berhampiran sebatian C memulakan pergerakannya melalui sentuhan C, dari logam A ke logam B. Di sini, di sepanjang logam B, elektron akan bergerak untuk menyentuh D. Dan jika suhu sebatian D terus dinaikkan berbanding sentuhan. C, maka dalam litar tertutup ini pergerakan arah elektron akan dikekalkan mengikut lawan jam — gambar kehadiran EMF akan muncul.

Dalam litar tertutup sedemikian yang terdiri daripada logam yang tidak serupa, EMF yang terhasil daripada perbezaan suhu sentuhan dipanggil termo-EMF atau daya thermoelectromotive.

Thermo-EMF adalah berkadar terus dengan perbezaan suhu antara dua sesentuh dan bergantung pada jenis logam yang membentuk litar. Tenaga elektrik dalam litar sedemikian sebenarnya berasal daripada tenaga dalaman sumber haba yang mengekalkan perbezaan suhu antara sesentuh.Sudah tentu, EMF yang diperolehi dengan kaedah ini sangat kecil, dalam logam ia diukur dalam mikrovolt, maksimum adalah dalam puluhan mikrovolt, untuk satu darjah perbezaan suhu sentuhan.

Bagi semikonduktor, termo-EMF ternyata lebih banyak, bagi mereka ia mencapai bahagian volt per darjah perbezaan suhu, kerana kepekatan elektron dalam semikonduktor itu sendiri bergantung pada suhu mereka.

Untuk pengukuran suhu elektronik, gunakan termokopel (termokopel)bekerja pada prinsip pengukuran termo-EMF. Termokopel terdiri daripada dua logam yang tidak serupa yang hujungnya dipateri bersama. Dengan mengekalkan perbezaan suhu antara dua sesentuh (simpang dan hujung bebas), termo-EMF diukur. Hujung bebas memainkan peranan sesentuh kedua di sini. Litar pengukur peranti disambungkan ke hujungnya.

Logam termokopel yang berbeza dipilih untuk julat suhu yang berbeza dan dengan bantuannya suhu diukur dalam sains dan teknologi.

Termometer ultra ketepatan dibuat berdasarkan termokopel. Dengan bantuan termokopel, kedua-dua suhu yang sangat rendah dan agak tinggi boleh diukur dengan ketepatan yang tinggi. Tambahan pula, ketepatan pengukuran akhirnya bergantung kepada ketepatan voltmeter yang mengukur termo-EMF.

Rajah menunjukkan sebuah termokopel dengan dua simpang. Satu simpang direndam dalam salji cair, dan suhu simpang yang lain ditentukan menggunakan voltmeter dengan skala yang ditentukur dalam darjah. Untuk meningkatkan sensitiviti termometer sedemikian, kadangkala termokopel disambungkan ke bateri. Malah fluks tenaga pancaran yang sangat lemah (contohnya dari bintang yang jauh) boleh diukur dengan cara ini.

Untuk ukuran praktikal, pemalar-besi, pemalar-kuprum, alumel-krom, dsb. paling kerap digunakan. Bagi suhu tinggi, mereka menggunakan wap dengan platinum dan aloinya - kepada bahan refraktori.

Penggunaan termokopel diterima secara meluas dalam sistem kawalan suhu automatik dalam banyak industri moden kerana isyarat termokopel adalah elektrik dan boleh ditafsirkan dengan mudah oleh elektronik yang melaraskan kuasa peranti pemanasan tertentu.

Kesan bertentangan dengan kesan termoelektrik ini (dipanggil kesan Seebeck), yang terdiri daripada memanaskan salah satu sesentuh sambil menyejukkan sesentuh yang lain secara serentak sambil menghantar arus elektrik terus melalui litar, dipanggil kesan Peltier.

Kedua-dua kesan digunakan dalam penjana termoelektrik dan peti sejuk termoelektrik. Untuk butiran lanjut lihat di sini:Kesan termoelektrik Seebeck, Peltier dan Thomson dan aplikasinya