Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 170 dotazů obsahujících »elektric«
16) Seebeckův a Peltierův jev
07. 04. 2008
Dotaz: Dobrý deň, chcem Vás poprosiť o vysvetlenie či peltierov a seebeckov
jav prebieha aj pri vežmi nizkych teplotách (tekuté helium). Ako by sa
správal termočlánok vytvoreny z kovov olova a zinku ktoré sú pri tejto
teplote supravodivé. Bude dochádzať k prenosu tepla pri pretekaní
elektrického prúdu takýmto článkom. (Ján Sojka)
Odpověď: Velikost Peltierova i Seebeckova jevu velmi silně klesá s klesající teplotou. Existuje několik kombinací kovů nebo slitin, které dávají ve spojení ještě rozumně měřitelné elektromotorické napětí termočlánku pod 100 K. Je to například Au s 0,03 % Fe proti Cu nebo chromelu, Au s 2,1 % Co proti mědi, s nimiž lze měřit až k héliové teplotě. Málo se používají, poněvadž jejich citlivost je velmi malá a je třeba také zabránit přítoku tepla po drátech (které nemohou být velmi tenké) z vyšší teploty na měřený objekt v nízké teplotě.
Seebeckův jev přestává být reálné použitelný k chlazení pod 100 K. Takovouto
teplotu lze dosáhnout kaskádou chladicích článků, jimiž protéká poměrně silný proud. Je třeba efektivně odvést teplo z teplého konce článku i Joulovo teplo. Tyto články se vytvářejí ze směsných polovodičů, v nichž je tento efekt nejsilnější.
Supravodiče by zřejmě nic měřitelného nezpůsobilý, Zn je navíc supravodivý
až pod 0,875 K.
Dotaz: Dobrý deň, chcel by som Vás poprosiť o vysvetlenie problematiky
seebckovho javu. Ide mi konkretne o nasledovné. Ak vytvoríme uzavretý obvod z
dvoch rôznych kovov a spoje udržiavame na rôznych teplotách začne
obvodom pretekať elektrický prúd. Otázka znie čo sa deje z teplom
ktore dodávame teplejšiemu spoju. Jasné je že sa šíri
tepelnov vodivosť;ou k chladnejšiemu spoju, ale premieňa sa aj na
elektrickú energiu preteká juceho prúdu obvodom (ten sa samozrejme mení na
joulove teplo v celom objeme kovov). Otázka znie dochádza aj k prenosu tepla z
teplejšieho spoja na chladnejší vplyvom peltierovho javu? Dali by
sa tieto pochody nejako vypočítať a tym úrčiť účinnosť termoelektrickeho generátora? Od čoho vlastne zavisí účinnosť takého termoelektrického generátora? (Ján Sojka)
Odpověď: V Peltierově generátoru se uplatňuje jak chladicí výkon zprostředkovaný nosiči náboje v soustavě dvou spojených materiálu (většinou polovodičů), tak i parazitní přenos tepla těmito materiály od teplého k chladnému konci, rovněž i Joulovo teplo vznikající průchodem proudu materiály. Je tedy nutná optimalizace parametrů generátoru, aby výsledný efekt byl co nejlepší. Teplo vybavované na teplém konci se odvádí chlazením (napr. vodou, nejčastěji však vzduchem), radiací a vedením tepla.
K charakterizaci Peltierova generátoru se zavádí parametr kvality Z = a·a/(r·k) [1/K] případně Z·T (bezrozměrný), který v nejlepším případě dosáhne hodnoty 1. Omlouvám se za zápis vztahů, nemohu použít indexy ani řeckou abecedu. Parametr a označuje Seebeckův koeficient (U = a·dT), r je měrný elektrický odpor materiálu, k je měrná tepelná vodivost materiálu - rozumí se vždy střední hodnota ramen článku.
Chladicí výkon Peltierova článku je dQ/dt = P·I, kde P označuje Peltierův koeficient svázány se Seebeckovym koeficientem a vztahem P = a·T.
Nejvyšších parametrů kvality Z = 0,015-0,04 se dosahuje v polovodičových tuhých roztocích Bi - Té, Sb - Té, Bi - Se nebo Bi -Sb, případně jiných. Novější údaje neznám.
Dotaz: Dobrý den. Zajímalo by mne, jestli je k vygenerování napětí na krystalické mřížce piezo materiálu nutný impuls, tj. pulsní (střídavě tlak a "release" - např. krystal v podrážce při chůzi) vyvinutí práce/síly, nebo, zda-li je možné vyvíjet na piezo
krystal permanentní tlak a získávat tak permanentní el.napětí. Jde tedy zřejmě o
to, jestli je napětí generováno při každé změně struktury krystalové mřížky a
nebo stačí, aby byla permanentně "vychýlena ze svého klidového stavu". Děkuji. Max (Max)
Odpověď: Z první vody: deformací piezoelektrického krystalu (majícího velmi nízkou symetrii) se přemístí náboje uvnitř buňky tak, že se na buňce objeví elektrický dipólový moment. Jde tedy o "klidnou" deformaci krystalu, není třeba pulz apod. Na tomto principu pracují piezoelektrické snímače deformace.
Dotaz: Dobrý den, dotaz zní, zda hliníkový chladič (typicky na CPU v PC) chladí jinak (lépe nebo hůře), než tvarově identický vyrobený z mědi. Jestli problému správné rozumím, závisí jen na barvě a ploše chladiče, materiál ovlivňuje pouze to, jak rychle soustava dosáhne ustáleného stavu (alespoň v případě sálání, nevím ale jak u proudění, které zde hraje velkou roli). Děkuji za osvětlení nebo třeba i jen nápovědu, link. (Ren)
Odpověď: Chlazení chladičem bereme jako stacionární děj, tj. ustálený stav
teplot se stálými toky tepla. I při stejném "topném příkonu" součástky a
stejném tvaru chladiče a stejném způsobu chlazení resp. sálání z
chladiče i v ustáleném stavu ZÁLEŽÍ na materiálu chladiče, protože pro
jiný materiál chladiče se na povrchu chladiče ustálí jiné teploty - čím
je materiál vodivější, tím budou teploty nižší.
Je potřeba rozeznávat vodivost tepelnou (charakterizující přenos
tepla = energie) a teplotní (charakterizující změnu teploty), dále
vedení tepla vnitřní (např. uvnitř zahřívané tyče) a vnější (přenos
tepla z tyče ven, tj. přes hranici dvou prostředí); o vnějším
předpokládejme, že za jinak stejných podmínek - vlastnosti povrchu a
okolního prostředí - bude rovněž stejné.
Představme si vedení tepla deskou. Nalevo ji zahřívá jistý děj,
který jí dodává stálý tepelný příkon W (třeba elektrická spirála) a
udržuje tam v rovnováze stálou teplota T2. Na druhé straně desky je
odvod + sálání tepla a udržuje se tam nižší teplota T1 díky chladicímu
prostředí. Nastala-li již rovnováha, vejde dovnitř zleva za danou dobu
∆t přesně to teplo, co za tutéž dobu odejde zprava. Tepelný příkon
W = Q / ∆t je roven tepelnému "výkonu" (do chladicího
prostředí), jinak by nebyla rovnováha a teplota tyče by se s časem měnila.
Nezabýváme se tou dobou, než se vše dostalo do rovnováhy (tato doba
roste s celkovou tepelnou kapacitou desky). Deska je již nyní ve
stacionární rovnováze, tj. prohřátá se stálým teplotním průběhem ).
V tabulkách je pro měď a hliník uveden součinitel *tepelné vodivosti*
λ (thermal conductivity), což je
λ = Q l / (S ∆t / ∆T) s označením
∆ je přírůstek resp. změna,
Q = celkové teplo prošlé deskou za dobu ∆t,
l = tloušťka desky vzorku,
S = plocha desky,
∆T = T2 - T1, tedy rozdíl teplot na opbou stranách desky.
Příslušný součinitel *teplotní vodivosti* "a" (thermal diffusivity) je
a = λ / (ρ cp) ,
kde ρ je objemová hmotnost (hustota) a cp měrná tepelná kapacita při
stálém tlaku, udává průběh teploty.
Ve stařičkých Valouchových tabulkách (v CGS), které mám právě po
ruce, jsem našel hodnoty:
kov
λ
cp
ρ
"a"(vypočteno)
Al
0,503
0,214
2,70
0,912
Cu
0,92
0,094
8,9
1,1
Poměr přenášených tepel za jinak stejné konstrukce bude Cu:Al=0,92:0,503.
Dotaz: Bylo by možné(nejlépe bez vzorečků) vysvětlit pojem vnitřní energie, entalpie a
volná entalpie tak, aby to pochopil i někdo, kdo se fyzikou příliš nezabývá? A. (Bakalářová Anna)
Odpověď: Velice zjednodušeně (přičemž pod pojmem "soustava" si představujte například
čaj v hrnečku):
Vnitřní energie
Vnitřní energie je energie "ukrytá" ve struktuře hmoty, tj. ta část energie,
která není spojena ani s pohybem soustavy, ani s tím, že na soustavu působí
nějaké pole (gravitační...), ale kterou má soustava sama o sobě. Tato
energie je spojena s pohyby a vzájemným působením jednotlivých částic, ze
kterých je soustava složena. To ale znamená, že ji nemůžeme přímo změřit.
Víme ovšem, že vnitřní energie se může měnit jedině tak, že soustava vydá
nebo přijme teplo (to měřit umíme), případně koná nebo je na ni konána práce
(to taky měřit umíme) - tj. kolik jí ubylo nebo přibylo zjistit umíme, ale
kolik jí v soustavě aktuálně je, to nezjistíme. Důležitou vlastností vnitřní
energie je, že závisí jen a pouze na stavu soustavy, tj. když vytvoříme
stejné podmínky, vždycky jí v soustavě bude stejně, a to bez ohledu na to,
co se s tou stoustavou předtím dělo, jestli jsme ty podmínky vytvořili
postupně nebo naráz, pomaleji nebo rychleji, oklikou nebo přímo... V
termodynamice se tomu říká, že je "stavová". Práce ani teplo stavové nejsou,
když je chceme spočítat, nestačí znát začátek a konec, ale je potřeba znát
podrobně, vteřinu za vteřinou celý proces, během něhož se teplo vyměňovalo
nebo během něhož byla práce konána. Což je hrozná komplikace...
Enthalpie
Za jistých podmínek teplo stavové být může - pokud je vyměněno při ději,
který není doprovázen změnou tlaku - například se odehrává v hrnečku bez
víčka, takže tlak je roven stále tlaku v místnosti. (Další podmínka je, že
se při onom ději nesmí konat neobjemová práce, třeba elektrická. Ale takové
věci se s čajem v hrnečku obvykle nedějí.) Toto vyměněné teplo je pak rovno
změně stavové veličiny zvané enthalpie. Je to užitečná věc zejména pro
chemické reakce (ty se obvykle odehrávají v kádinkách bez víčka), proto se
užívá velmi často v chemii k popisu energetických změn doprovázejících
reakce - spalné teplo, slučovací teplo, reakční teplo, to všechno jsou
enthalpie. A jak bylo řečeno, všechna tato "tepla" jsou stavová, závisejí
pouze na tom, co je na začátku a na konci reakce, takže je stačí pro dané
podmínky jednou změřit a zapsat někam do tabulek. Opět platí, že aktuální
hodnotu enthalpie nemůžeme změřit, pouze změnu, ale to nám bohatě stačí.
Volná enthalpie
Chemici jí asi častěji říkají Gibbsova energie a je to něco jako
"vychytanější" enthalpie. Úžasnou vlastností volné enthalpie je, že její
změny vypovídají něco o tom, jestli jde soustava do stabilnějšího nebo méně
stabilního stavu, což souvisí s tím, jestli do toho stavu jde dobrovolně
(samovolně), anebo ji k tomu musíme nutit, a jak moc (tj. s dodáním nějaké
energie). Také se z jejích změn dá poznat, kdy je na tom soustava nejlépe -
kdy je v rovnováze. A změny volné enthalpie jsou měřitelné (i když trochu
komplikovaněji, než je tomu u enthalpie, přičemž podmínka neměnného tlaku
stále platí) a volná enthalpie je stavová. Co víc si přát. Použití díky
neměnnému tlaku opět v chemii - když hodnota volné enthalpie klesá (tj.
změna je v čase záporná), jde o děj (třeba chemickou reakci) samovolnou a
soustava jde do stabilnějšího stavu, a to tak dlouho, až dojde do rovnováhy,
kde už se volná enthalpie dál nemění a je na minimu - což neznamená, že už
tam žádné děje neprobíhají! Když je změna kladná - hodnoty rostou - je děj
nesamovolný a výsledek bude méně stabilní než začátek. A opět platí, že
aktuální hodnotu volné enthalpie nemůžeme změřit, pouze její změny, ale
bohatě nám to dostačuje.
