: اثر ترموالکتریک

!نگاه اجمالی

!سیر تحولی و رشد

تولید ((جریان الکتریکی)) در اثر اختلاف دما ، اگر سرهای دو میله رسانا یا نیم رسانا از جنس مختلف دو به دو به هم متصل شود و دو محل اتصال در دماهای متفاوت قرار می‌گیرد (مثلا یکی از اتصالها گرم شود) در مدار بسته متشکل از این دو میله جریانی الکتریکی ایجاد می‌شود. که شدت آن با اختلاف دمای اتصالها متناسب است.حال در نبود ((میدان مغناطیسی)) با سه اثر ترمودینامیک بررسی می‌شود.

اثر زبک که توسط توماس جان زبک در 1882 کشف شد؛ اثر پلیته که توسط ژان شارل آثاناس پلیته در 1834 کشف شد و اثر تامسون که در سال 1854 توسط ویلیام تامسون پیش بینی شد و چند سال بعد بطور تجربی توسط خودش مورد تأیید قرار گرفت، این سه اثر مستقل از یکدیگر نیستند. تامسون (که بعدها به لقب لرد کلوین مفتخر شد) در ارائه پیش بینی‌اش از استدلالهایی ترمودینامیکی استفاده کرد، که چندان دقیق نبودند. استدلال دقیق با بکار گیری ترمودینامیک برگشت ناپذیر به همین نتیجه می‌انجامد، و معادلاتی که این سه اثر را به یکدیگر ربط می‌دهند، روابط کلوین نامیده می‌شود. گرمایش ژول که تا جریان الکتریکی بارهای الکتریکی در هر جسم غیر ابررسانایی همراه است، اثری ترمودینامیک نیست.

!اثر زبک

اگر ماده‌ای که حاوی الکترونهای متحرک است در معرض جریان گرمایی قرار بگیرد و این به ایجاد اختلاف دمای T∆ در داخل ماده منجر شود، در این صورت با یک ((پتانسیل الکتریکی|اختلاف پتانسیل)) مدار باز (V∆) روبرو خواهیم شد. برای یک جسم همگن و اختلاف دمای کوچک ، رابطه میان اختلاف پتانسیل V∆ و اختلاف T∆ چنین است:

::~~green:__V = S_A(T_mean)∆T∆__~~::

که در آن __S_A(T_mean)∆T__ توان گرمایی ماده A در دمای __T_mean__ و __T∆ = T₂ - T₁__ و __T_mean = (T₂ + T₁)/2__ است. ضریب __(S_A(T_mean__ توان الکتریک یا ضریب زبک نیز نامیده می‌شود. نام اخیر برای ((مواد نیم رسانا|نیم رساناها)) متداول شده است. از معادله بالا می‌توان نتیجه گرفت و به معادله کلی‌تر زیر رسید:

بر خلاف درک نادرستی که رایج است، علامت توان گرمایی به عواملی بیش از علامت توان گرمایی به آماری که بیانگر روابط حالت پایای بین حامل بار و دماست بستگی پیدا می کند. برای ((فلزات)) ، که معمولا مشمول __آمار فرمی - دیراک__ می‌شوند. توانهای گرمایی کوچکی بدست می‌آید؛ برای نیم رساناها (نیم فلزها) ، که معمولا مشمول ((توزیع ماکسول - بولتزمن))آمار بولتزمن هستند، با توانهای گرمایی بزرگتری روبرو می‌شویم.

!کاربرد اثر زبک

متداولترین کاربرد اثر زبک در ساخت ((ترموکوپل)) می‌بینیم. کوششهایی که در بکار گیری اثر زبک در اختلاف دماهای طبیعی یا مهار شده ، به منظور ساختن منابع ولتاژ ، انجام شده‌اند موفقیت محدودی داشته‌اند.

!مقایسه

!اختلاف اثر تامسون و پلیته با اثر زبک

در اثر تامسون و پلیته از دو جنبه مهم با اثر زبک تفاوت دارند. اولا با شارشی از جریان الکتریکی باید سر و کار داشته باشیم یعنی این اثرها در مدار بار الکتریکی رخ نمی‌دهد. ثانیا ، به گرمای برگشت پذیر روبرو می‌شویم.

!اثر پلیته

اثر پلیته ، به پیوندگاه هم دمای بین دو ماده متفاوت نسبت داده می‌شود. وقتی از این پیوندگاه جریانی در یک جهت عبور کند، گرما ایجاد می‌شود با معکوس کردن جهت این جریان باعث جذب همان مقدار گرما می‌شود. این گرما با ((چگالی جریان الکتریکی|چگالی جریان)) نسبت مستقیم دارد و جهت جریانی که به تولید گرما می‌انجامد. به کمک ضرایب زبک در دو ماده قابل تعیین است. اثر پلیته را برای ساختن وسیله‌ای که قسمتهای متحرک نداشته باشد، می‌توان بکار برد.

!اثر تامسون

اثر تامسون در ماده واحدی که ((افت نسبی دمایی~گرادیان دمایی)) هم داشته باشد، رخ می‌دهد. جریان در یک جهت گرما تولید می کند، در حالی که در جهت مخالف همان گرما را جذب می‌کند. با استفاده از این اصل ، برای آشکار سازهای مختلف اپتیکی ، ((خنک کننده‌های ترموالکتریکی)) ساخته شده است.

!مباحث مرتبط با عنوان

*((اثر تامسون))

*((اثر زبک))

*((انتقال گرما))

*((پتانسیل الکتریکی))

*((ترمودینامیک))

*((ترموکوپل))

*((جریان الکتریکی))

*((خنک کننده‌های ترموالکتریکی))

*((فلزات))

*((مواد نیم رسانا))