المزدوجات الحرارية وتأثير السيبيك
فهم معامل سيبيك
يقيس معامل سيبيك الجهد المتولد استجابةً لفرق درجة الحرارة، وهو أمر ضروري في تطبيقات المزدوجات الحرارية.
معامل سيبيك هو معلمة أساسية في المواد الكهروحرارية الحرارية، حيث يقيس الجهد الناتج عند وجود تدرج في درجة الحرارة عبر مادة ما. هذه الظاهرة هي أساس تشغيل المزدوجات الحرارية، والتي تستخدم على نطاق واسع لقياس درجة الحرارة والتحكم فيها في مختلف الصناعات.
قياس معامل سيبيك
ينطوي قياس معامل سيبيك على إحداث فرق في درجة الحرارة يتم التحكم فيه عبر مادة ما وقياس الجهد الناتج. وتتطلب هذه العملية عادةً أجهزة دقيقة لضمان دقة القراءات. يتم التعبير عن المعامل بوحدة ميكروفولت لكل كلفن (µV/K) وهو أمر بالغ الأهمية لتقييم كفاءة المواد الكهروحرارية.
|
تقنية القياس |
الوصف |
|
الطريقة التفاضلية |
قياس الجهد بين تقاطعين |
|
الطريقة المطلقة |
تقيس الجهد بالنسبة لنقطة مرجعية |
|
الطريقة التوافقيّة |
تستخدم إشارات التيار المتردد لتعزيز الدقة |
المزدوجات الحرارية وتأثير سيبيك
تعتمد المزدوجات الحرارية على تأثير سيبيك لقياس درجة الحرارة. وهي تتكون من معدنين مختلفين متصلين في أحد طرفيها، مما يؤدي إلى تكوين وصلة. عندما يكون هناك فرق في درجة الحرارة بين الوصلة والطرفين الآخرين للمعدنين، يتم توليد جهد يتناسب مع معامل سيبيك للمواد المستخدمة. يمكن قياس هذا الجهد وربطه بدرجة الحرارة، مما يجعل المزدوجات الحرارية أدوات متعددة الاستخدامات في استشعار درجة الحرارة.
تطبيقات معامل سيبيك
يعتبر معامل سيبيك محوريًا في تطبيقات مختلفة تتجاوز قياس درجة الحرارة. فهو يؤدي دورًا في توليد الطاقة من خلال المولدات الكهروحرارية التي تحول الحرارة المهدرة إلى طاقة كهربائية. بالإضافة إلى ذلك، يساعد فهم معامل سيبيك في تطوير أنظمة تبريد فعالة ويعزز أبحاث علوم المواد التي تركز على تحسين المواد الكهروحرارية.
معاملات سيبيك لبعض المعادن والسبائك
للمعادن والسبائك المختلفة معاملات سيبيك مختلفة، والتي تعتمد على بنيتها الإلكترونية وخصائصها الكهروحرارية. يمكن أن تختلف هذه القيم اعتمادًا على درجة حرارة المادة وتركيبها ونقاوتها.
|
المواد |
معامل سيبيك (μV/K) |
|
النحاس (النحاس) |
+1.5 إلى +2.0 |
|
+1.5 إلى +2.0 |
|
|
الذهب (Au) |
+1.5 إلى +2.5 |
|
الفضة (Ag) |
+1.5 إلى +2.0 |
|
الحديد (Fe) |
+2.0 إلى +2.0 إلى +3.0 |
|
النيكل (ني) |
+5.0 إلى +6.0 |
|
+5.0 إلى +6.0 |
|
|
-50 إلى -100 |
|
|
الرصاص (Pb) |
-10 إلى -20 |
|
القصدير (Sn) |
-15 إلى -30 |
|
+10 إلى +20 |
|
|
الزنك (Zn) |
+10 إلى +20 |
|
البلاديوم (Pd) |
+5.0 إلى +7.0 |
|
التيتانيوم (Ti) |
-3.0 إلى -5.0 |
|
كونستانتان (سبائك النحاس والنيكل) |
+30 إلى +60 |
|
السبائك الكهروحرارية (على سبيل المثال، Bi₂Te₃) |
+100 إلى +250 (تختلف حسب المنشطات) |
ملاحظات أساسية:
- معامل سيبيك موجب: تحتوي المواد ذات معامل سيبيك الموجب (مثل النحاس والذهب) على إلكترونات باعتبارها حاملات الأغلبية، مما يُظهر سلوكًا من النوع n.
- معامل سيبيك السالب: المواد التي لها معامل سيبيك سالب (مثل البزموت والرصاص) تحتوي على ثقوب باعتبارها حاملات الأغلبية، مما يُظهر سلوكًا من النوع p.
- السبائك: صُممت بعض السبائك، مثل كونستان (CuNi)، خصيصًا للتطبيقات الكهروحرارية التي توفر ثباتًا محسنًا ومعامل سيبيك أعلى.
الأسئلة المتداولة
ما هو تأثير سيبيك؟
تأثير سيبيك هو توليد جهد كهربائي عبر مادة ما عند وجود فرق في درجة الحرارة.
كيف تستخدم المزدوجات الحرارية معامل سيبيك؟
تستخدم المزدوجات الحرارية معامل سيبيك من خلال قياس الجهد الناتج عند تقاطع معدنين مختلفين، وهو ما يرتبط بالاختلافات في درجات الحرارة.
ما أهمية معامل سيبيك في المواد الكهروحرارية؟
إنه يحدد كفاءة تحويل الحرارة إلى طاقة كهربائية، مما يجعله مهمًا لتطوير مولدات كهروحرارية فعالة.
هل يمكن أن يكون معامل سيبيك موجبًا أو سالبًا؟
نعم، يمكن أن يكون معامل سيبيك موجبًا أو سالبًا اعتمادًا على نوع حاملات الشحنة (موجب للثقوب وسالب للإلكترونات) في المادة.
ما العوامل التي تؤثر على معامل سيبيك؟
يمكن أن تؤثر تركيبة المادة ودرجة الحرارة ووجود شوائب أو عيوب بشكل كبير على معامل سيبيك.
Chin Trento
