Termoelektromotor kuvvet (termo-EMF) ve teknolojideki uygulaması
Termo-EMF, seri bağlı düz olmayan iletkenlerden oluşan bir elektrik devresinde meydana gelen bir elektromotor kuvvetidir.
Bir iletken 1 ve iki özdeş iletken 2'den oluşan en basit devre, aralarındaki kontaklar farklı T1 ve T2 sıcaklıklarında tutulur, şekilde gösterilmiştir.
Tel 1'in uçlarındaki sıcaklık farkından dolayı, sıcak bağlantı noktasının yakınındaki yük taşıyıcıların ortalama kinetik enerjisi, soğuk bağlantı noktasına göre daha büyük çıkıyor. Taşıyıcılar, sıcak bir temastan soğuğa yayılır ve ikincisi, işareti taşıyıcıların işareti ile belirlenen bir potansiyel kazanır. Zincirin ikinci kısmındaki dallarda da benzer bir işlem gerçekleşir. Bu potansiyeller arasındaki fark termo-EMF'dir.
Kapalı bir devrede temas halindeki metal tellerin aynı sıcaklıkta, temas potansiyel farkı aralarındaki sınırlarda devrede herhangi bir akım oluşturmayacak, sadece zıt yönlü elektron akışlarını dengeleyecektir.
Kontaklar arasındaki potansiyel farkların cebirsel toplamını hesaplayarak, yok olduğunu anlamak kolaydır. Dolayısıyla bu durumda devrede EMF olmayacaktır. Peki ya temas sıcaklıkları farklıysa? C ve D kontaklarının farklı sıcaklıklarda olduğunu varsayalım. Sonra ne? Önce B metalinden gelen elektronların iş fonksiyonunun A metalinden daha az olduğunu varsayalım.
Bu duruma bakalım. D temasını ısıtalım - B metalinden elektronlar A metaline transfer olmaya başlayacak çünkü aslında D bağlantısındaki temas potansiyeli farkı, üzerindeki ısı etkisi nedeniyle artacaktır. Bu, A metalinde D kontağının yakınında daha fazla aktif elektron olduğu ve şimdi B bileşiğine koşacakları için gerçekleşecektir.
Bileşik C'nin yakınında artan elektron konsantrasyonu, C teması yoluyla metal A'dan metal B'ye hareketlerini başlatır. Burada, B metali boyunca, elektronlar D temasına doğru hareket edecektir. Ve eğer bileşik D'nin sıcaklığı temasa göre yükselmeye devam ederse C, daha sonra bu kapalı devrede elektronların yönlü hareketi saat yönünün tersine korunacaktır - bir EMF'nin varlığının bir resmi görünecektir.
Benzer olmayan metallerden oluşan böyle bir kapalı devrede, temas sıcaklıklarındaki farktan kaynaklanan EMF'ye termo-EMF veya termoelektromotor kuvvet denir.
Thermo-EMF, iki kontak arasındaki sıcaklık farkıyla doğru orantılıdır ve devreyi oluşturan metallerin türüne bağlıdır. Böyle bir devredeki elektrik enerjisi aslında kontaklar arasındaki sıcaklık farkını koruyan ısı kaynağının iç enerjisinden elde edilir.Tabii ki, bu yöntemle elde edilen EMF son derece küçüktür, metallerde mikrovolt cinsinden ölçülür, temas sıcaklıklarındaki bir derece fark için maksimum onlarca mikrovolttur.
Yarı iletkenler için, termo-EMF daha fazladır, onlar için, yarı iletkenlerdeki elektronların konsantrasyonu önemli ölçüde sıcaklıklarına bağlı olduğundan, sıcaklık farkı derecesi başına bir voltun parçalarına ulaşır.
Elektronik sıcaklık ölçümü için, termokupllar (termokupllar)termo-EMF ölçümü prensibi üzerinde çalışıyor. Bir termokupl, uçları birbirine lehimlenmiş iki farklı metalden oluşur. İki kontak (bağlantı noktası ve serbest uçlar) arasındaki sıcaklık farkını koruyarak termo-EMF ölçülür.Serbest uçlar burada ikinci bir kontak rolü oynar. Cihazın ölçüm devresi uçlarına bağlanır.
Bilim ve teknolojide farklı sıcaklık aralıkları için farklı termokupl metalleri seçilir ve bunların yardımıyla sıcaklık ölçülür.
Ultra hassas termometreler, termokupllar temelinde yapılır. Termokupllar yardımıyla hem çok düşük hem de oldukça yüksek sıcaklıklar yüksek doğrulukla ölçülebilir. Ayrıca, ölçümün doğruluğu nihai olarak termo-EMF'yi ölçen voltmetrenin doğruluğuna bağlıdır.
Şekil, iki bağlantı noktasına sahip bir termokupl göstermektedir. Bir bağlantı noktası eriyen karın içine daldırılır ve diğer bağlantı noktasının sıcaklığı, derece cinsinden kalibre edilmiş ölçekli bir voltmetre kullanılarak belirlenir. Böyle bir termometrenin hassasiyetini artırmak için bazen bir bataryaya termokupllar bağlanır. Radyant enerjinin çok zayıf akışları bile (örn. uzak bir yıldızdan) bu şekilde ölçülebilir.
Pratik ölçümler için çoğunlukla demir-konstantan, bakır-konstantan, kromel-alümel vb. Yüksek sıcaklıklara gelince, platin ve alaşımları ile buharlara - refrakter malzemelere başvururlar.
Termokuplların uygulanması yaygın olarak kabul edilmektedir. otomatik sıcaklık kontrol sistemlerinde birçok modern endüstride, çünkü termokupl sinyali elektrikseldir ve belirli bir ısıtma cihazının gücünü ayarlayan elektronikler tarafından kolayca yorumlanabilir.
Devreden bir doğru elektrik akımı geçerken aynı anda diğerini soğuturken kontaklardan birini ısıtmaktan oluşan bu termoelektrik etkinin zıt etkisi (Seebeck etkisi olarak adlandırılır), Peltier etkisi olarak adlandırılır.
Her iki etki de termoelektrik jeneratörlerde ve termoelektrik buzdolaplarında kullanılır.Daha fazla ayrıntı için buraya bakın:Seebeck, Peltier ve Thomson termoelektrik etkileri ve uygulamaları