זרם תרמו אלקטרי

מתוך המכלול, האנציקלופדיה היהודית
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש

זרם תרמו-אלקטרי נוצר במוליך בעקבות גרדיאנט טמפרטורה על גבי המוליך, אשר גורם להפרשי פוטנציאל, כתוצאה מכך למתח ולזרם במוליך.

הביטוי לזרם תרמו אלקטרי הוא תנועה של האלקטרונים מהצד החם אל הצד הקר ומתבצעת העברה של מטען ואנרגיה לאורך המוליך.

אפקט סיבק, זרם תרמו אלקטרי

אפקט סיבק, זרם תרמו אלקטרי - האפקט התגלה על ידי הפיזיקאי תומאס יוהאן סיבק (אנ') (1831-1770) בשנת 1822.

האפקט נקרא על שמו, אפקט סיבק. התופעה כלולה באפקט התרמו-אלקטרי.

פיתוח מתמטי

הביטוי לצפיפות הזרם הוא המטען המשויך לאלקטרון, , אשר במצב אנרגטי , מוכפל במהירות החבורה המשויכת למצב, , כפול צפיפות המצבים ליח' נפח, , כפול פונקציית צפיפות ההסתברות המתארת את האפשרות לכך שהמצב מאוכלס, . בסכמה על כל המצבים:

זרם תרמו אלקטרי

בקירוב Relaxation time, ללא שדה מגנטי חיצוני, פונקציית צפיפות ההסתברות הינה:

כאשר , התפלגות פרמי-דיראק:

הביטוי הכללי לצפיפות הזרם במוליך בהשפעת גרדיאנט טמפרטורה נתון על ידי:

איבר האינטגרל על התפלגות פרמי-דיראק נעלם, בשיווי משקל תרמי המצבים המאוכלסים של המצב זהים לאלו המאוכלסים על ידי המצב

סך הכל מתקבלת המשוואה הבאה לצפיפות הזרם:

ניתן לבטא את היחס בין צפיפות הזרם לגרדיאנט הטמפרטורה בכתיב מטריצי באמצעות כפל במטריצת מקדמים:

כאשר איברי מטריצת המקדמים נקראים מקדמי סיבק (אנ'), אשר מקיימים:

כאשר וקטור יחידה, . עבור גביש קיובי, מקדמי סיבק הם קבועים:

שימושים טכנולוגיים

מחולל תרמואלקטרי של החללית קאסיני

טכנולוגיה תרמו אלקטרית מתבססת על זרמים/מתחים תרמו אלקטריים ונחשבת כתחליף ירוק וידידותי לסביבה.

הטכנולוגיה מתבססת על העברה ישירה של חום לאנרגיה חשמלית באמצעות גנרטור תרמואלקטרי. באופן מקביל, מקררים ממירים אנרגיה חשמלית לחימום או קירור. הבעיה העיקרית עם טכנולוגיות מסוג זה היא נצילות נמוכה.

קיימות סביבות קיצוניות כגון חלליות, בסיסי מדע מרוחקים, אזורי מגורים מנותקים וכו', בהם הטכנולוגיה מהווה מקור עיקרי לאנרגיה.

זרם חום

באופן שקול לתנועת מטען חשמלי, מתקיימת תנועה של אנרגיית חום.

במצב יציב צפיפות הזרם חייבת להיות קבועה במוליך. לכן מתקיים ש- גם כן קבוע. הטמפרטורה צונחת אקספוננציאלית לאורך המוליך, האלקטרונים נושאים חום ולכן מתפתחת צפיפות זרם חום במוליך כביטוי לתנועה של אנרגיה.

ראו גם (אנגלית)

Melissa Hyland, Haywood Hunter, Jie Liu, Elena Veety, Daryoosh Vashaee

Wearable Thermoelectric Generators for Human Body Heat Harvesting

Department of Electrical and Computer Engineering, North Carolina State

University, 2019
Thermoelectric Effect, From: Advances in Smart Medical Textiles, 2016

קישורים חיצוניים (אנגלית)

Logo hamichlol 3.png
הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0