Термоелектричество, термоелектрически ефекти и свойства на маталите и полупроводниците

[nik1]

Като за начало

От многото материали в нета, успях да избера:

1 Монография, в която са описани кратко и ясно ефектите на стр 152-154:

https://books.google.bg/books?id=s0k9kGs5bHYC&pg=PA154&lpg=PA154&dq=seebeck+peltier+and+thomson+effect&source=bl&ots=kD7vjgKXLG&sig=mFS3thzc4rmCKZ7mUpi8bldtpzM&hl=en&sa=X&ei=loazVL-YJIP7UIO_gOgN&ved=0CFIQ6AEwCDgU#v=onepage&q=seebeck%20peltier%20and%20thomson%20effect&f=true

2. Статия в която е описан Seebeck - ефекта при металите.

http://www.kasap.usask.ca/samples/Thermoelectric-Seebeck.pdf

3. Материал в който са дадени приложения на ефектите:

http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/quantum/style_a/semicte.html

[Joro-01]

Ей това е приказка, Ник.. Че много относителен Зех да ставам

[Joro-01]

Добре, аз ще се опитам да систематизирам накратко нещата.

Ефектът е ефект на Пелтие-Сийбек.

Ефектът на Пелтие - при преминаване на ток през термодвойка (спойка/контакт) от два различни метала / полупроводника по спойката се получава температурна разлика;

Ефект на Сийбек (Зеебек по руската школа) - при поставяне на термодвойка в условия на температурна разлика, термодвойкта става източник на ЕДН (Електродвижещо напрежение). При свързване на товар към проводниците или даване на късо - протича ток

Приложения:

Ефектът на Пелтие - охлаждащи агрегати без подвижни части. Хладилн чанти или малки охлаждащи устройства за активно охлаждане на електроника. Ефективността е по-ниска от на хладилен агрегат (заради топлопроводимостта на двойката и не само), това ползвателите на хладилни чанти могат да го потвърдят. Е, хладилната чанта с фреонов агрегат е и по-скъпа. Нерядко за по-висока ефективност се ползват стирлингови машинки за охлаждане - пример - термовизионните камери дет изискват охлаждане.

Ефектът на Сийбек - за термоелектрически генератори - от авангардни технлогии за превръщане на концентрирана слънчева светлина до радиоизотопни термоелектрически генератори. КПД е ниско, по тази причина за космически апарати може да се използват стирлингови генератори - термоакустични и безбутални. КПД на термотвойките се смята почти като за топлинните машини - пропрционално е на температурната разлика. Използват се полупроводници за по-висока ефективност.

Чрез този ефект обаче се измерва много точно температура - спойки от два чисти метала в определен диапазон може много точно да измери темература. Някъде в източниците на Ник ги има какви двойки метали какви напрежения дават. Термодвойки се използват за прецизни измервания и за калибриране на измерователна апаратура.

Наскоро (преди две три години) учени физици намериха решение за охлаждане на бели диоди. Самия PN преход си е термодвойка и си отвежда. Не знам какво преи да се реализира. Хората търсят начини нещата да са и евтини.

При полупроводниците термодвойката е PN преход.

[Joro-01]

Ей, аз снощи за механизма нищо не казах... Както и че има още ефекти за директно превръщане на топлината в електричество..

Ама айде първо работата, пък като остане време.

Монографията е интерсна между другото. Имам усещането че точно това не съм чел, което в науките не е проблем.

[nik1]

Добре, аз ще се опитам да систематизирам накратко нещата.

Ефектът е ефект на Пелтие-Сийбек.

Ефектът на Пелтие - при преминаване на ток през термодвойка (спойка/контакт) от два различни метала / полупроводника по спойката се получава температурна разлика;

Ефект на Сийбек Зеебек по руската школа) - при поставяне на термодвойка в условия на температурна разлика, термодвойкта става източник на ЕДН (Електродвижещо напрежение). При свързване на товар към проводниците или даване на късо - протича ток

Приложения:

Ефектът на Пелтие - охлаждащи агрегати без подвижни части. Хладилн чанти или малки охлаждащи устройства за активно охлаждане на електроника. Ефективността е по-ниска от на хладилен агрегат (заради топлопроводимостта на двойката и не само), това ползвателите на хладилни чанти могат да го потвърдят. Е, хладилната чанта с фреонов агрегат е и по-скъпи. Нерядко за по-висока ефективност се ползват стирлингови мапинки за охлаждане - пример - термовизионните камери дет изискват охлаждане.

Ефектът на Сийбек - за термоелектрически генератори - от авангардни технлогии за превръщане на концентрирана слънчева светлина до радиоизотопни термоелектрически генератори. КПД е ниско, по тази причина за космически апарати може да се използват стирлингови генератори - термоакустични и безбутални. КПД на термотвойките се смята почти като за топлинните машини - пропрционално е на температурната разлика. Използват се полупроводници за по-висока ефективност.

Чрез този ефект обаче се измерва много точно температура - спойки от два чисти метала в определен диапазон може много точно да измери темература. Някъде в източниците на Ник ги има какви двойки метали какви напрежения дават. Термодвойки се използват за прецизни измервания и за калибриране на измерователна апаратура.

Наскоро (преди две три години) учени физици намериха решение за охлаждане на бели диоди. Самия PN преход си е термодвойка и си отвежда. Не знам какво преи да се реализира. Хората търсят начини нещата да са и евтини.

При полупроводниците термодвойката е PN преход.

Само да допълня за термодвойките:

Индустриалните термодвойки и компенсационни кабели (IEC 60584), изключвам термодвойките от благородни метали, са с условно по-големи толеранси от тези на RTD (резистивните температурни детектори) , но специалните им изпълнения постигат висока точност и могат да се прилагат в области, в които RTD не са подходящи.

(при RTD температурните сонди/измервания, кабелите от датчика към контролното средство, т.е. към вторичният преобразувател, се държат като съпротивление, т.е те са съпротивление, чиято стойност зависи от температурата на околната/работната среда)

ПС

Термоелектродвижещите напрежения на различните термодвойки в табличен вид в зависимост от температурата са дадени например в страндарта IEC 60584-1, ed.2.0 (таблиците ги има навсякъде в нета)

[Joro-01]

Аз пък да кажа, за по-широката публика, че резистивния термодатчик от метал се нарича още болометър. В индустрията се ползват предимно болометри. И при тях си има стандарт какво съпротивление на каква температура отговаря. В зависимост от температурата и други условия се определя дали че ще се ползва болометър или термодвойка. При металния терморезистор съпротивлението се качва с температурата, при полупроводниковия обратно в общия случай. На полупроводника обаче могат да се задават свойствата, така че там го има и обратното за разлика от метала. И от тук - положителен и отрицателен температурен коефициент и разделянето на терморезистори на позистори и термистори.

Още ще пишем...

[Joro-01]

Едно интересно приложение на болометрите - пак съм го казвал и се повтарям, но нищо...

Сензорът на термовизионната камера не е типичният CMOS или CCD, а е матрица от микроболометри. Води се и микроелектромеханична система (MEMS), макар че нещата са неподвижни. Просто си е микроструктура, докато другите два (на обикновените камери) са си интегрални схеми.

ОТ: Ник, подозирах че си метролог, одитор или специалист по качеството (ISO, QMS)... Не е нужно да ми отговаряш.

[nik1]

ОТ: Ник, подозирах че си метролог, одитор или специалист по качеството (ISO, QMS)...

Навсякъде е с "и", като "одитор" е просто странична и нерегулярна дейност (в интерес на истината мен ме одитират повече, и в повече области, да кажем 4 пъти на година в 4 области, отколкото аз одитирам по ISO 17025 или ISO 9001)

Забележка: Под "метролог" нямам точно предвид "метрологично осигуряване на компанията", а човек, който си вади хляба с измервания, тестове, проверки и изпитвания, макар че хората от отдела (ми) - изпълняваме по съвместителство и всички дейности по метрологичното осигуряване (плюс дейностите по Quality Assurance).

В частната сфера, както много пъти съм писал хората съчетават/изпъляват различни дейности.

------------

По-горе стана дума за това как да се направи избор между термодвойка или термосъпротивление, респективно полупроводникови съпротивителни датчици (при измерванията):

Този материл ми се струва подходящ:

RTDs vs thermocouples[edit]

The two most common ways of measuring industrial temperatures are with resistance temperature detectors (RTDs) and thermocouples. Choice between them is usually determined by four factors.

• temperature: If process temperatures are between −200 to 500 °C (−328.0 to 932.0 °F), an industrial RTD is the preferred option. Thermocouples have a range of −180 to 2,320 °C (−292.0 to 4,208.0 °F),^[15] so for temperatures above 500 °C (932 °F) they are the only contact temperature measurement device.

• response time: If the process requires a very fast response to temperature changes—fractions of a second as opposed to seconds (e.g. 2.5 to 10 s)—then a thermocouple is the best choice. Time response is measured by immersing the sensor in water moving at 1 m/s (3 ft/s) with a 63.2% step change.

• size : A standard RTD sheath is 3.175 to 6.35 mm (0.1250 to 0.2500 in) in diameter; sheath diameters for thermocouples can be less than 1.6 mm (0.063 in).

• accuracy and stability requirements: If a tolerance of 2 °C is acceptable and the highest level of repeatability is not required, a thermocouple will serve. RTDs are capable of higher accuracy and can maintain stability for many years, while thermocouples can drift within the first few hours of use.

Редактирано Януари 13, 2015 от nik1

[Joro-01]

'[ОТ] Да, в частната сфера съвместителството е нещо нормално '[/ОТ]

Сега обаче ти навлезе в подробното за което ще даваме линкове и ще правим справки, а има още общи приказки.. нищо, после.

Примерно един нелош електрод за pH ползва за температурна корекция термодвойка в общия случай, това е още от приложението. Някъде имах някакви метрологични доклади и наръчник за термодвойки...

А да, сетих се - има още няколко варианта на термоелектрически ефект или поне за директно превръщане на топлината в електричество. Сега доколко са в обхвата на темата...

- Пироелектричен ефект - електрическа поляризация на страните на кристал при условия на променлива температура. Тоест ако му меним периодично температурата (загряваме - охлаждаме) ще възникват периодично заряди, нещото ще е източник на променливо ЕДН (Ток ако се свърже)

- Термоелектронна емисия - излъчването на електрони в пространството от нагретия катод - така работят електровакуумните прибори - инжектират си носители

- Термойонна емисия / конверсия - почти същото като горното, просто се ползва за конвертор. Аз дори имам проблеми с разликата. От нагретия термоелектронен емитер (проводник) се отделят електрони и се улавят от студен електрод (анод).

Описаните по-горе три начина почти не включват полупроводник. При първият направо си е вид диелектрик, пироелектрик е точният термин, това свойство се среща при някои перовскити.

Другите два с малки изключения са "цели и още по цели и дълги проводници".

Обаче пропуснах още един - нелегираният силиций може да преобразува нискоенергетичното ИЧ лъчение чрез фотоефект. Използва се на места.

И последно - отскоро - чрез матрица от наноантени (нанодиполи / метални шарки) могат да се ловят далечнитте ИЧ лъчи. Още се експериментира, камери обаче с таква матрици работят по летищата - тези дето "събличат" хората

Е това май бяха общите приказки, може нататък както кажеш - с формули и/или стандарти

Примерно последният марсиански роувър Кюриозити се захранва с радиоизотопен термоелектрогенератор (RTG).

Power

Power provides electricity to the spacecraft and its subsystems. Below are examples of the way in which the Mars Science Laboratory mission benefits from past technological development and contributes new capabilities.
Inherited Technologies

Mars Science Laboratory uses a radioisotope power system to generate electricity needed to operate the rover and its instruments. Radioisotope electrical power and heating systems enable science missions that require greater longevity, more diverse landing locations or more power or heat than missions limited to solar power systems.

Related Links
Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG) (PDF, 378 KB)

More About Radioisotope Power

Radioisotope power systems are generators that produce electricity from the natural decay of plutonium-238, which is a non-weapons-grade form of that radioisotope used in power systems for NASA spacecraft. Heat given off by the natural decay of this isotope is converted into electricity, providing constant power during all seasons and through the day and night.
Radioisotope power systems were first flown on U.S. space vehicles more than 40 years ago. They offer the key advantage of operating continuously, independent of sunlight, for a long time. They have little or no sensitivity to cold, radiation or other effects of the space environment. More than two dozen NASA spacecraft have conducted their missions using such systems for electrical power and/or heating. For example, the Viking landers, each with a radioisotope thermoelectric generator, landed on Mars in 1976 and operated on Mars for four and six years respectively. The solar-powered 1997 Mars Pathfinder mission's Sojourner rover used radioisotope heaters to keep its electronics box warm. The solar-powered Mars Exploration Rovers Spirit and Opportunity also use radioisotope heaters.

New Capabilities

The need for reliable, long-lived power systems is important for future, increasingly sophisticated Mars missions. NASA and the Department of Energy are developing a new generation of these long-lived, reliable nuclear power systems to enable a broader range of important science missions. They are ideally suited for missions involving autonomous operations in the extreme environments of space and on planetary surfaces.

One of these next-generation space power systems was chosen as the electrical power system for the Mars Science Laboratory -- the Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG).

И един такъв генератор за космически цели:

http://mars.jpl.nasa.gov/files/mep/MMRTG_Jan2008.pdf

Пусках и тема със снимки за изоставени подобни от руски полярни фарове или военно оборудване

[nik1]

Информация и препратки към статии за пироелектичен и електрокалоричен (обратен на първия) ефекти:

http://chem21.info/info/767050/

http://chem21.info/info/767150/

Редактирано Януари 13, 2015 от nik1

[Joro-01]

Да, има разработени охлаждащи устройства използващи електрокалориен и магнитокалориен ефект, но не са много популярни.

Ще хвърля един поглед на даденото от тебе

[nik1]

Electrocaloric Materials: New Generation of Coolers

https://books.google.bg/books?id=UXu8BAAAQBAJ&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false

[nik1]

Ако говорим за прецизни измервания на температура, трябва да се има предвид, че производителите на първични преобразуватели предлагат сензори с температурни "калиброчвъчни" криви (характеристики), както според IPTS-68, така и според ITS-90, и това не винаги се указва ясно, и/или не винаги се указва ясно или правилно какви са коефициентите на произведените сензори.

Забележка: физиката и инженерството, т.е части, т.е. "случаи" от тях могат да бъдат сложни и неразбирами за самите физици и инженери (за последното аз го наблюдавам горе долу постоянно); днес попаднах на грешна или квази-вярна, или по скоро непълно-вярна информация, публикувана от една от най-сериозните компании в света в бранша на контролно-измервателната техника. Информацията беше/е представена погрешно заради неразбирането на простия физически или по скоро математически/логически модел:

1) променена е температурната скала (промяната е на BIMP), което значи има "отместване"/отмествания на "практическата" температура в ITS 90, спрямо тази в/от IPTS 68

(температурните скали отразяват термодинамичната температура, но с някакви приближения, макар и много малки)

+

2) променени са коефициентите на сензорите в стандартите/изскванията на IEC (т.е. IEC изисква в стандартите си, производителите на стандартни сензори да осигурят еди каква си характеристика, с еди какъв си коефициент (с еди какви си толеранси), като освен това IEC указва спрямо коя темпеатурна скала са тези температурни характеристики

т.е. има две напълно независими (математически или логически) промени, просто и синтезирано те значат/водят до следните неща/силогизми:

- че един сензор, произведен по старите стандарти на IEC (или по новите), т.е по даден (един стандарт), и който сензор е калибриран/еталониран спрямо температурната скала от ITS 90, няма да има същата същата характеристика, ако се калибрира/еталонира спрямо скалата IPTS 68.

Това е така защото имаме отместване/отмествания на практическата температура в ITS 90 спрямо тази в IPTS 68, и защото еталоните - международните и съответно националните - сега, в момента - имат проследимост към ITS 90.

- че един сензор, произведен по старите стандарти на IEC (или по новите), и калибриран/еталониран спрямо ITS 90, няма да има същата същата характеристика като сензор, произведен по новите стандарти (респeктивно по старите) и еталониран пак спрямо IТS 90.

Това е така, защото произведените по новите стaндарти на IEC сензори имат различни температурни характеристики (коефициенти) спрямо произведените по старите стандарти: най-красноречивият пример пример е с Pt 100, 1,3850 (стандарт преди 2008) и Pt 100, 1,3851 (стандартът е от 2008 година, става задължителен след средата на 2011 година и отменя и заменя старата версия на същия стандарт).

Редактирано Януари 14, 2015 от nik1

[Joro-01]

Явно си ти е работа.

Искаш ли това? Поразровиих си бюрото малко. Като се видя с време днес ще го сканирам (сега е корица) и ще ти го пусна. На лични или публично, както кажеш. Стандарти не е добре да се пускат общодостъпно.

kalibr_termoel.pdf

[nik1]

По-стара редакция на това ръководство за калибриране на термодвойки (EURAMET/cg-08/v.01) е преведена на български и качена на сайта на БИМ.

(Интересно и полезно четиво, мисля изобщо за общата култура)

Ето го файла:

http://www.bim.government.bg/0/3D3F3380D3DB8BE2C22579000029F199/$FILE/Guide-03.pdf

[Joro-01]

Да ти го пусна или го имаш?

[nik1]

Да ти го пусна или го имаш?

Тази версия я нямам, така че ОК, може да ми я пуснеш.

/само ако си я снимал, ако не си - моля, не си прави труда да я снимаш, заради мен /

[Joro-01]

Тази версия я нямам, така че ОК, може да ми я пуснеш.

/само ако си я снимал, ако не си - моля, не си прави труда да я снимаш, заради мен /

Дай обратна връзка като ги свалиш, да ги махам,че не знам колко е редно

sc_1.pdf

sc_2.pdf

sc_3.pdf

sc_4.pdf

[Joro-01]

Няма забрана за такъв вид публикация, всичко е Ок. За пръв път го отворих. Ако модераторите не са против - Да остане.

[nik1]

OK, благодаря ти.

Версията и текста на ръководството в (вътре) сканираните файлове, изглежда са същите като в линка, който дадох по-горе (от официалната страница на БИМ) - "EURAMET/cg-08/v.01" http://www.bim.government.bg/0/3D3F3380D3DB8BE2C22579000029F199/$FILE/Guide-03.pdf

но пък на корицата от скана пише "EURAMET cg-8 v2.0".

/Едно възможно обяснение на случая е че EURAMET/cg-08/v.01 е "български", "БИМ-овски" код, заглавие и версия т.е. те са "придадени" от БИМ към гайд-а (ръковдтсвото) въз основа на някаквъв негов (на БИМ) ред и начин на кодиране, и поради непълните, т.е поради частичните съвпадения се е получило объркване и двусмислие/

[Joro-01]

За нищо. Ами да съм гледал Имам го този кусур - недоглеждам често нещата

Направо си е същото

[Joro-01]

Липсва тема за електричество, теоретична електротехника, закони... Ще се заема по някое време.

[Joro-01]

И малко фън или направи си сам..

Термоелектрически генератор на свещ

https://www.youtube.com/watch?v=SvBeCCjb9ds

https://www.youtube.com/watch?v=dr4rNzIj8xc

Има още в тубата

Ако от видеото не става ясно има и достатъчно места дето е обяснено как да се направи, макар че аз не виждам никакви трудности, а може дори и като продукт да се закупи такава лампа / зарядно.

[Joro-01]

И едно полезно приложение. Уползотворяване на отпадната топлина на уаспуха... Не е отсега, разбира се, идеята да се позваттермоелементи от наножичци ако е нова.

Thermoelectric Nanowires Promise Energy Harvesting From Car Exhaust

By Dexter Johnson
Posted 6 Feb 2015 | 20:00 GMT

http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/materials/thermoelectric-nanowires-promise-energy-harvesting-from-car-exhaust

[fantom4e]

ОТ

Оправете заглавието, мола ви!