Kesan termoelektrik Seebeck, Peltier dan Thomson
Operasi peti sejuk dan penjana termoelektrik adalah berdasarkan fenomena termoelektrik. Ini termasuk kesan Seebeck, Peltier dan Thomson. Kesan ini berkaitan dengan kedua-dua penukaran tenaga haba kepada tenaga elektrik dan penukaran tenaga elektrik kepada tenaga sejuk.
Sifat termoelektrik wayar adalah disebabkan oleh sambungan antara haba dan arus elektrik:
- Kesan Seebeck — kemunculan termo-EMF dalam rantaian wayar yang tidak rata, pada suhu yang berbeza pada bahagiannya;
- Kesan peltier — penyerapan atau pelepasan haba pada sentuhan dua konduktor berbeza apabila arus elektrik terus melaluinya;
- Kesan Thomson — penyerapan atau pembebasan haba (super-Joule) dalam isipadu konduktor apabila melalui kutub, arus elektrik dengan kehadiran kecerunan suhu.
Kesan Seebeck, Peltier, dan Thompson adalah antara fenomena kinetik. Mereka berkaitan dengan proses pergerakan cas dan tenaga, oleh itu ia sering dipanggil fenomena pemindahan.Aliran berarah cas dan tenaga dalam kristal dijana dan dikekalkan oleh daya luar: medan elektrik, kecerunan suhu.
Aliran arah zarah (khususnya pembawa cas — elektron dan lubang) juga berlaku dengan kehadiran kecerunan kepekatan zarah-zarah ini. Medan magnet itu sendiri tidak menghasilkan aliran cas atau tenaga yang terarah, tetapi ia mempengaruhi aliran yang dicipta oleh pengaruh luar yang lain.
Kesan Seebekov
Kesan Seebeck ialah jika dalam litar elektrik terbuka yang terdiri daripada beberapa konduktor berbeza salah satu daripada sesentuh mengekalkan suhu T1 (simpang panas) dan satu lagi suhu T2 (simpang sejuk), maka dalam keadaan T1 tidak sama dengan T2 pada hujung daya termoelektromotif E muncul pada litar. Apabila sesentuh ditutup, arus elektrik muncul dalam litar.
Kesan Seebekov:
Dengan adanya kecerunan suhu dalam konduktor, aliran resapan haba pembawa cas berlaku dari hujung panas ke hujung sejuk. Jika litar elektrik terbuka, maka pembawa terkumpul pada hujung sejuk, mengecasnya secara negatif jika ini adalah elektron, dan secara positif dalam kes pengaliran lubang. Dalam kes ini, cas ion tidak terkompensasi kekal di hujung panas.
Medan elektrik yang terhasil memperlahankan pergerakan pembawa ke arah hujung sejuk dan mempercepatkan pergerakan pembawa ke arah hujung panas. Fungsi taburan bukan keseimbangan yang dibentuk oleh peralihan kecerunan suhu di bawah tindakan medan elektrik dan berubah bentuk sedikit sebanyak. Taburan yang terhasil adalah sedemikian rupa sehingga arus adalah sifar. Kekuatan medan elektrik adalah berkadar dengan kecerunan suhu yang menyebabkannya.
Nilai faktor perkadaran dan tandanya bergantung pada sifat bahan. Adalah mungkin untuk mengesan medan Seebeck elektrik dan mengukur daya thermoelectromotive hanya dalam litar yang terdiri daripada bahan yang berbeza. Perbezaan potensi sentuhan sepadan dengan perbezaan potensi kimia bahan yang bersentuhan.
Kesan peltier
Kesan Peltier ialah apabila arus terus melalui termokopel yang terdiri daripada dua konduktor atau semikonduktor, sejumlah haba tertentu dibebaskan atau diserap pada titik sentuhan (bergantung kepada arah arus).
Apabila elektron bergerak dari bahan jenis-p ke bahan jenis-n melalui sentuhan elektrik, mereka mesti mengatasi halangan tenaga dan mengambil tenaga daripada kekisi kristal (simpang sejuk) untuk berbuat demikian. Sebaliknya, apabila beralih daripada bahan jenis-n kepada bahan jenis-p, elektron menderma tenaga kepada kekisi (simpang panas).
Kesan Peltier:
Kesan Thomson
Kesan Thomson ialah apabila arus elektrik mengalir melalui konduktor atau semikonduktor di mana kecerunan suhu dicipta, sebagai tambahan kepada haba Joule, sejumlah haba tertentu dibebaskan atau diserap (bergantung kepada arah arus).
Sebab fizikal untuk kesan ini adalah berkaitan dengan fakta bahawa tenaga elektron bebas bergantung pada suhu. Kemudian elektron memperoleh tenaga yang lebih tinggi dalam sebatian panas daripada dalam sebatian sejuk. Ketumpatan elektron bebas juga meningkat dengan peningkatan suhu, mengakibatkan pengaliran elektron dari hujung panas ke hujung sejuk.
Caj positif terkumpul pada hujung panas dan cas negatif pada hujung sejuk. Pengagihan semula cas menghalang pengaliran elektron dan, pada beza potensi tertentu, menghentikannya sepenuhnya.
Fenomena yang diterangkan di atas berlaku dengan cara yang sama dalam bahan dengan pengaliran lubang, dengan satu-satunya perbezaan ialah cas negatif terkumpul pada hujung panas dan lubang bercas positif pada hujung sejuk. Oleh itu, untuk bahan dengan kekonduksian campuran, kesan Thomson ternyata boleh diabaikan.
Kesan Thomson:
Kesan Thomson tidak menemui aplikasi praktikal, tetapi ia boleh digunakan untuk menentukan jenis kekonduksian kekotoran semikonduktor.
Penggunaan praktikal kesan Seebeck dan Peltier
Fenomena termoelektrik: Kesan Seebeck dan Peltier — cari aplikasi praktikal dalam haba tanpa mesin kepada penukar tenaga elektrik — penjana termoelektrik (TEG), dalam pam haba — peranti penyejukan, termostat, penghawa dingin, dalam sistem pengukuran dan kawalan seperti penderia suhu, aliran haba (lihat — Penukar termoelektrik).
Di tengah-tengah peranti termoelektrik adalah elemen semikonduktor khas-transduser (elemen termoelektrik, modul termoelektrik), contohnya, seperti TEC1-12706. Baca lebih lanjut di sini: Elemen Peltier - cara ia berfungsi dan cara menyemak dan menyambung