तापविद्युत प्रभाव

तापविद्युतको मापन

तापविद्युत् (thermoelectricity) त्यो विद्युत छ जो दुइ असमान धातुहरुका ताराहरुको सन्धिलाई गरम गर्नमा यी ताराहरुका परिपथमा प्रवाहित हुन लाग्दछ। यस तथ्यलाई सर्वप्रथम सीबेक (Seebeck)ले सन् 1821मा ताँबो एवं बिस्मथका ताराहरुको सन्धिलाई गरम गर्न आविष्कृत गरे। उपर्युक्त परिपथमा उत्पन्न विद्युतवाहक बल (Electromotive force) न्यून हुन्छ र यसको तीव्रता

• (1) परिपथका ताराहरुको धातुको प्रकृति पर,
• (2) असमान धातुहरुका ताराहरुको दुइटै सन्धिहरुका तापान्तरमा तथा
• (3) यी सन्धिहरुका औसत तापमा निर्भर गर्दछ।

विद्युद्वाहक बललाई मापनका लागि असमान धातुहरुका ताराहरुका चीसो टुप्पो विभवमापी (potentiometer)देखि जोड़ दिए जान्छन्। यदि परिपथमा कुनै अर्को धातुको तार श्रेणीबद्ध गरियो भनें तापविद्युत् प्रभावहरुमा परिवर्तन हुँदैन। यदि जेबेक विद्युद्वाहक बलको परिमाण (E) एवं ठंढी सन्धिको तापान्तर (T) र यदि एक सन्धिको ताप शून्य डिग्री सेल्सियस छ भनें E र Tको सम्बन्ध निम्नलिखित सूत्रमा ज्ञात गरिन्छ:

E = AT + BT^T

जहाँ A र B तापविद्युत् स्थिरांक छन् र यिनको मान परिपथका ताराहरुको धातुमा निर्भर गर्दछ। धातुहरुका तापविद्युत् स्थिरांक निम्नलिखित सारणीमा दिइएको छ

धातुहरुका तापविद्युत् स्थिरांक

धातु --> फलाम     इस्पात   ताँबो   टिन    चाँदी    जास्ता   प्लैटिनम (मुलायम)    प्लैटिनम (कठोर)
(A)     +1734   +1139   +136   -43    +214   +234    -61                 +260
(B)     -4.87    -3.28   +0.95  +0.55  +1.50  +2.40    -1.10               -0.75

बिस्मथ र ताँबोको सन्धिका लागि E = 45 T + 0.25T‍^2 माइक्रोवोल्ट हो। न्यूनतापमा (E) , (T)को लगभग समानुपाती हुन्छ, परन्तु यदि (T) धेरै अधिक छ भनें (T2)को मान बढ्न जान्छ। फलाम र ताँबोको सन्धिको E = 158 T - 0.0285T^2 माइक्रोवोल्ट हो। जब ताप T = 275से हो, तब अधिकतम E = 2,000 माइक्रोवोल्ट। उच्च तापमा Eको मान घटने लाग्दछ तथा 5500 सहरु डिग्री यो शून्य हुन जान्छ 5500से भन्दा अधिक ताप बढ्नमा (E)को दिशा बदलिन्छ र विद्युतद्वारा विपरीत दिशामा प्रवाहित दिशामा प्रवाहित हुन लाग्दछ। यस प्रकार ताप बढ्नमा विद्युतद्वाराको विपरीत दिशामा प्रवाहित हुनु तापविद्युत्प्रवाहलाई उत्क्रमण कहलाउँछ र 550 डिग्रीसे उत्क्रमण ताप। ताँबो र बिस्मथको सन्धिमा यो प्रभाव हुँदैन।

किन्हीं दुइ ताराहरुको सन्धिको ताप 10से बढ्नमा विद्युत्का विद्युद्वाहक बलमा परिवर्तन हुन्छ, जसलाई तापविद्युत शक्ति (Thermoelectric power) भन्दछन्। विभिन्न धातुहरुका तापविद्युत् गुणहरुको तुलना गर्नका लागि सीसको एक तार तथा अर्को त्यस धातुको लिन्छन् जसको तापविद्युत्को गुण ज्ञात गर्नु हो।

तापविद्युत् प्रभावको अधिक उपयोग ताप मापनका लागि गरिन्छ। ताप मापनका लागि गरम र ठंढी सन्धिको व्यवस्था तापान्तर युग्म (thermocouple) कहलाउँछ। ताँबो र कांसटैटन (60 प्रतिशत ताँबो र 40 प्रतिशत निकल) युग्म 5000से सम्म ताप मापनका लागि तथा प्लैटिनम र रोडियम एवं प्लैटिनमको मिश्रधातुका युग्म 15,00 डिग्री सहरुसम्म ताप नाप्नेका राम्रा युग्म छन्।

पैल्ट्ये (Peltier) प्रभाव

पेल्ट्ये प्रभाव दर्शानका लागि प्रयुक्त परिपथ

सन् 1834मा पेल्ट्येले आविष्कृत गरे कि दुइ असमान धातुहरुका परिपथमा विद्युत धारा प्रवाहित भएमा एक सन्धि गरम र अर्को सन्धि चिसो हुन जान्छ। जब विद्युत धारा फलामदेखि ताँबोको र प्रवाहित हुन्छ त कोशिका नलीमा तेलको एक थोपा देब्रेतर्फ गएर तापन प्रभाव देखिन्छ र जब ताँबोदेखि फलामतर्फ प्रभावित हुन्छ तब शीतलन प्रभाव देखिन्छ। पैल्ट्ये प्रभाव, सीबेक प्रभावको उल्टा हो।

थॉमसन् (Thomson) प्रभाव

सन् 1854मा विलियम टॉमसनले आविष्कृत गरे कि एक नैं धातुका ताराहरुका दुइटै सिरहरुका मध्यमा विभवान्तर हुन्छ, यदि दुइटै सिरहरुका ताप भिन्न छन्। पेल्ट्ये एवं टॉसन प्रभाव केवल सैद्धातिक महत्वका छन्। यिनको व्यावहारिक महत्व कम हो।

जब एक परिपथमा धेरै तापान्तर युग्म हुन्छन् र तिनको क्रमिक संधीहरु एकान्तरत: गरम र चिसो हुन्छन् त कुल विद्युद्वाहक बल परिपथमा लागोस् भए सब तापान्तर युग्महरुका विद्युद्वाहक बलहरुका योगका बराबर हुन्छ। यस तथ्यको उपयोग तापीय पुंज (thermopile) नामक उपकरणमा गर्दछन्, जसमा बिसमथ र ऐटिमनीका छड़ श्रेणीमा लागोस् रहन्छन्। यस उपकरण विकिरण ऊष्माको अनुमान एवं ठेगाना लगाउन कालि गर्दछन्। यस उपकरणमा जो विद्युतधारा उत्पन्न हुन्छ त्यसलाई गैल्वनोमीटरदेखि माप्दछन् र यही विकिरणका परिमाणको सूचकांक (index) हो।

तापविद्युत् संयोजनहरु द्वारा व्यापारिक उपयोगिताको दृष्टिदेखि विद्युत् उत्पन्न गर्नका अनेक प्रयास गरिएका छन्, परन्तु जब यी प्रयास आंशिक रुपले सफल भए त ज्ञात भयो कि यिनको व्यापारिक महत्व नगण्य छ। तापविद्युत् संयोजन द्वारा व्यापारिक दृष्टिदेखि विद्युत् उत्पन्न गर्नमा दुइ प्रकारको कठिनाइयाँ छन्: सैद्धान्तिक एंव संरचनात्मक। पर्याप्त विद्युद्वाहक बल प्राप्त गर्नका लागि धेरै अधिक संयोजनहरुको आवश्यकता हुन्छ र अनुभवदेखि यो सिद्ध हो चुका छ कि अधिक संश्लिष्ट तापपुंज टिकाऊ हुँदैन। यदि यस कठिनाईलाई टाड़ा पनि गरिदिए जाय त सैद्धान्तिक कारण, जो ऊष्मागतिकीमा निर्भर गर्दछन्, यो बताउँछन् कि ऊष्मा उर्जालाई विद्युत उर्जामा परिवर्तित गर्ने तापपुजको दक्षता कहिले पनि उच्च हुँदैन।

यी पनि हेर्नुहोस्

• प्रकाशविद्युत प्रभाव

बाह्य कड़ीहरु

अर्धचालक

• A brief explanation
• An introduction to thermoelectric coolers

धातुहरु

• The origin of the thermoelectric potential

अन्य सम्बन्धित सामग्री

• The 8th European Conference on Thermoelectrics, ECT 2010, to be held Sept. 22–24, 2010 in Como, Italy, organized by the Lecco unit of the Institute of Energetics and Interphases (IENI) of the Italian National research Council (CNR)
• A news article on the increases in thermal diode efficiency
• A fan for putting on top of stoves and other hot items, powered by the Peltier-Seebeck effect.
• Generating useful voltages (and powering radio transmitters) from Peltier devices