থার্মোইলেক্ট্রিক ঘটনা পদার্থবিদ্যায় একটি পৃথক বিষয়, যেখানে তারা বিবেচনা করে যে তাপমাত্রা কীভাবে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করতে পারে এবং পরবর্তীটি তাপমাত্রার পরিবর্তনের দিকে পরিচালিত করে। প্রথম আবিষ্কৃত থার্মোইলেক্ট্রিক ঘটনাগুলির মধ্যে একটি ছিল সিবেক প্রভাব৷
এফেক্ট খোলার পূর্বশর্ত
1797 সালে, ইতালীয় পদার্থবিদ আলেসান্দ্রো ভোল্টা, বিদ্যুতের ক্ষেত্রে গবেষণা পরিচালনা করে, একটি আশ্চর্যজনক ঘটনা আবিষ্কার করেছিলেন: তিনি আবিষ্কার করেছিলেন যে যখন দুটি কঠিন পদার্থের সংস্পর্শে আসে, তখন যোগাযোগ এলাকায় একটি সম্ভাব্য পার্থক্য দেখা দেয়। একে বলা হয় যোগাযোগের পার্থক্য। দৈহিকভাবে, এই সত্যটির মানে হল যে ভিন্ন পদার্থের যোগাযোগ অঞ্চলে একটি ইলেক্ট্রোমোটিভ ফোর্স (EMF) রয়েছে যা একটি বদ্ধ সার্কিটে একটি কারেন্টের চেহারা হতে পারে। এখন যদি দুটি উপকরণ একটি সার্কিটে সংযুক্ত থাকে (তাদের মধ্যে দুটি পরিচিতি তৈরি করতে), তবে নির্দিষ্ট EMF তাদের প্রতিটিতে উপস্থিত হবে, যা আকারে একই হবে, তবে সাইনের বিপরীতে। পরবর্তীটি ব্যাখ্যা করে কেন কোন কারেন্ট তৈরি হয় না।
EMF এর উপস্থিতির কারণ হল ফার্মির একটি ভিন্ন স্তর (শক্তিইলেকট্রনের ভ্যালেন্স অবস্থা) বিভিন্ন পদার্থে। পরেরটির সংস্পর্শে এলে, ফার্মি স্তরের স্তর বন্ধ হয়ে যায় (একটি উপাদানে এটি হ্রাস পায়, অন্যটিতে এটি বৃদ্ধি পায়)। যোগাযোগের মধ্য দিয়ে ইলেকট্রন যাওয়ার কারণে এই প্রক্রিয়াটি ঘটে, যা একটি EMF এর চেহারার দিকে নিয়ে যায়।
এটা এখনই লক্ষ করা উচিত যে EMF মান নগণ্য (একটি ভোল্টের কয়েক দশমাংশের ক্রম অনুসারে)।
থমাস সিবেকের আবিষ্কার
থমাস সিবেক (জার্মান পদার্থবিজ্ঞানী) 1821 সালে, অর্থাৎ ভোল্ট দ্বারা যোগাযোগের সম্ভাব্য পার্থক্য আবিষ্কারের 24 বছর পরে, নিম্নলিখিত পরীক্ষাটি পরিচালনা করেছিলেন। তিনি বিসমাথ এবং তামার একটি প্লেট সংযুক্ত করেছিলেন এবং তাদের পাশে একটি চৌম্বকীয় সুই স্থাপন করেছিলেন। এই ক্ষেত্রে, উপরে উল্লিখিত হিসাবে, কোন বর্তমান ঘটেছে. কিন্তু যত তাড়াতাড়ি বিজ্ঞানী বার্নারের শিখা দুটি ধাতুর যোগাযোগের একটিতে নিয়ে আসেন, চৌম্বকীয় সুইটি ঘুরতে শুরু করে।
এখন আমরা জানি যে বর্তমান বহনকারী পরিবাহী দ্বারা সৃষ্ট Ampère বল এটিকে ঘুরিয়ে দেয়, কিন্তু সেই সময় সিবেক এটি জানতেন না, তাই তিনি ভুল করে ধরে নিয়েছিলেন যে তাপমাত্রার ফলে ধাতুগুলির প্ররোচিত চুম্বকীয়করণ ঘটে পার্থক্য।
এই ঘটনার সঠিক ব্যাখ্যাটি কয়েক বছর পরে ডেনিশ পদার্থবিদ হ্যান্স ওরস্টেড দিয়েছিলেন, যিনি উল্লেখ করেছিলেন যে আমরা একটি থার্মোইলেক্ট্রিক প্রক্রিয়ার কথা বলছি, এবং একটি ক্লোজ সার্কিটের মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হয়। তা সত্ত্বেও, থমাস সিবেক দ্বারা আবিষ্কৃত থার্মোইলেক্ট্রিক প্রভাব বর্তমানে তার শেষ নাম বহন করে৷
চলমান প্রক্রিয়ার পদার্থবিদ্যা
আবারও উপাদানটিকে একীভূত করতে: Seebeck প্রভাবের সারমর্ম হল প্ররোচিত করাবৈদ্যুতিক প্রবাহ বিভিন্ন পদার্থের দুটি পরিচিতির বিভিন্ন তাপমাত্রা বজায় রাখার ফলে, যা একটি বন্ধ সার্কিট গঠন করে।
এই সিস্টেমে কী ঘটে এবং কেন এতে কারেন্ট চলতে শুরু করে তা বোঝার জন্য আপনাকে তিনটি ঘটনার সাথে পরিচিত হতে হবে:
- প্রথমটি ইতিমধ্যেই উল্লেখ করা হয়েছে - এটি ফার্মি স্তরগুলির প্রান্তিককরণের কারণে যোগাযোগ অঞ্চলে EMF এর উত্তেজনা। তাপমাত্রা বৃদ্ধি বা কমার সাথে সাথে পদার্থের এই স্তরের শক্তি পরিবর্তিত হয়। পরের ঘটনাটি একটি বর্তনীতে দুটি পরিচিতি বন্ধ থাকলে একটি কারেন্টের আবির্ভাবের দিকে পরিচালিত করবে (বিভিন্ন তাপমাত্রায় ধাতুর যোগাযোগের অঞ্চলে ভারসাম্যের অবস্থা ভিন্ন হবে)।
- চার্জ বাহককে গরম থেকে ঠান্ডা অঞ্চলে সরানোর প্রক্রিয়া। এই প্রভাবটি বোঝা যাবে যদি আমরা মনে রাখি যে ধাতুতে ইলেকট্রন এবং ইলেকট্রন এবং সেমিকন্ডাক্টরের ছিদ্রগুলি, প্রথম আনুমানিকভাবে, একটি আদর্শ গ্যাস হিসাবে বিবেচিত হতে পারে। হিসাবে পরিচিত, পরেরটি, যখন একটি বদ্ধ ভলিউমে উত্তপ্ত হয়, চাপ বৃদ্ধি করে। অন্য কথায়, যোগাযোগ অঞ্চলে, যেখানে তাপমাত্রা বেশি, সেখানে ইলেক্ট্রন (গর্ত) গ্যাসের "চাপ"ও বেশি, তাই চার্জ বাহক পদার্থের ঠান্ডা জায়গায়, অর্থাৎ অন্য যোগাযোগে যাওয়ার প্রবণতা রাখে।
- অবশেষে, আরেকটি ঘটনা যা সিবেক প্রভাবে কারেন্টের উপস্থিতির দিকে নিয়ে যায় তা হল চার্জ বাহকের সাথে ফোননগুলির মিথস্ক্রিয়া (জালি কম্পন)। পরিস্থিতিটি একটি ফোননের মতো দেখায়, একটি গরম জংশন থেকে একটি ঠান্ডা সংযোগস্থলে চলে যায়, একটি ইলেক্ট্রন (গর্ত) "হিট" করে এবং এতে অতিরিক্ত শক্তি সরবরাহ করে।
তিনটি প্রক্রিয়া চিহ্নিত করা হয়েছেফলস্বরূপ, বর্ণিত সিস্টেমে কারেন্টের উপস্থিতি নির্ধারণ করা হয়৷
এই থার্মোইলেকট্রিক ঘটনাটি কীভাবে বর্ণনা করা হয়েছে?
খুব সহজ, এর জন্য তারা একটি নির্দিষ্ট প্যারামিটার S প্রবর্তন করে, যাকে বলা হয় Seebeck সহগ। পরামিতি দেখায় যদি EMF মান প্রবর্তিত হয় যদি যোগাযোগের তাপমাত্রার পার্থক্য 1 কেলভিন (ডিগ্রী সেলসিয়াস) এর সমান বজায় থাকে। অর্থাৎ, আপনি লিখতে পারেন:
S=ΔV/ΔT.
এখানে ΔV হল সার্কিটের EMF (ভোল্টেজ), ΔT হল গরম এবং ঠান্ডা জংশনের (যোগাযোগ অঞ্চল) মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য। এই সূত্রটি শুধুমাত্র আনুমানিক সঠিক, যেহেতু S সাধারণত তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে।
সিবেক সহগের মানগুলি যোগাযোগে থাকা উপকরণগুলির প্রকৃতির উপর নির্ভর করে। তবুও, আমরা নিশ্চিতভাবে বলতে পারি যে ধাতব পদার্থের জন্য এই মানগুলি একক এবং দশ μV/K এর সমান, যখন সেমিকন্ডাক্টরগুলির জন্য তারা শত শত μV/K, অর্থাৎ, সেমিকন্ডাক্টরগুলির ধাতুর চেয়ে বেশি থার্মোইলেক্ট্রিক শক্তির মাত্রা রয়েছে।. এই সত্যের কারণ হল তাপমাত্রার উপর সেমিকন্ডাক্টরগুলির বৈশিষ্ট্যগুলির একটি শক্তিশালী নির্ভরতা (পরিবাহিতা, চার্জ বাহকের ঘনত্ব)।
প্রসেস দক্ষতা
বিদ্যুতে তাপ স্থানান্তরের আশ্চর্যজনক ঘটনাটি এই ঘটনার প্রয়োগের জন্য দুর্দান্ত সুযোগ উন্মুক্ত করে। তবুও, এর প্রযুক্তিগত ব্যবহারের জন্য, শুধুমাত্র ধারণাটিই গুরুত্বপূর্ণ নয়, তবে পরিমাণগত বৈশিষ্ট্যগুলিও গুরুত্বপূর্ণ। প্রথমত, যেমন দেখানো হয়েছে, ফলস্বরূপ emf বেশ ছোট। বিপুল সংখ্যক কন্ডাক্টরের একটি সিরিজ সংযোগ ব্যবহার করে এই সমস্যাটি দূর করা যেতে পারে (যাপেল্টিয়ার সেলে করা হয়, যা নিচে আলোচনা করা হবে)।
দ্বিতীয়ত, এটি তাপবিদ্যুৎ উৎপাদন দক্ষতার বিষয়। এবং এই প্রশ্নটি আজ অবধি খোলা রয়েছে। Seebeck প্রভাবের কার্যকারিতা অত্যন্ত কম (প্রায় 10%)। অর্থাৎ, যত তাপ ব্যয় করা হয়, তার মাত্র এক দশমাংশ দরকারী কাজ সম্পাদনের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। বিশ্বজুড়ে অনেক পরীক্ষাগার এই দক্ষতা বাড়ানোর চেষ্টা করছে, যা নতুন প্রজন্মের উপকরণ তৈরি করে করা যেতে পারে, উদাহরণস্বরূপ, ন্যানো প্রযুক্তি ব্যবহার করে৷
সিবেক দ্বারা আবিষ্কৃত প্রভাব ব্যবহার করা
নিম্ন দক্ষতা সত্ত্বেও, এটি এখনও এর ব্যবহার খুঁজে পায়। নীচে প্রধান ক্ষেত্রগুলি রয়েছে:
- থার্মোকল। Seebeck প্রভাব সফলভাবে বিভিন্ন বস্তুর তাপমাত্রা পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়. আসলে, দুটি পরিচিতির একটি সিস্টেম একটি থার্মোকল। যদি এর সহগ S এবং একটি প্রান্তের তাপমাত্রা জানা যায়, তবে সার্কিটে যে ভোল্টেজটি ঘটে তা পরিমাপ করে, অন্য প্রান্তের তাপমাত্রা গণনা করা সম্ভব। দীপ্তিমান (ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক) শক্তির ঘনত্ব পরিমাপ করতেও থার্মোকল ব্যবহার করা হয়।
- মহাকাশ অনুসন্ধানে বিদ্যুৎ উৎপাদন। আমাদের সৌরজগৎ অন্বেষণ করতে মানব-লঞ্চ করা প্রোবগুলি বা এর বাইরে ইলেকট্রনিক্সকে বোর্ডে পাওয়ার জন্য Seebeck প্রভাব ব্যবহার করে। এটি একটি বিকিরণ থার্মোইলেকট্রিক জেনারেটরের জন্য করা হয়েছে৷
- আধুনিক গাড়িতে সিবেক প্রভাবের প্রয়োগ। BMW এবং Volkswagen ঘোষণা করেছেতাদের গাড়িতে থার্মোইলেকট্রিক জেনারেটরের উপস্থিতি যা নিষ্কাশন পাইপ থেকে নির্গত গ্যাসের তাপ ব্যবহার করবে।
অন্যান্য তাপবিদ্যুৎ প্রভাব
তিনটি থার্মোইলেক্ট্রিক প্রভাব রয়েছে: সিবেক, পেল্টিয়ার, থমসন। প্রথমটির সারাংশ ইতিমধ্যে বিবেচনা করা হয়েছে। পেল্টিয়ার প্রভাবের জন্য, এটি একটি যোগাযোগকে গরম করে এবং অন্যটিকে শীতল করে, যদি উপরে আলোচনা করা সার্কিটটি একটি বহিরাগত বর্তমান উত্সের সাথে সংযুক্ত থাকে। অর্থাৎ, Seebeck এবং Peltier প্রভাব বিপরীত।
থমসন প্রভাব একই প্রকৃতির, কিন্তু এটি একই উপাদানের উপর বিবেচনা করা হয়। এর সারমর্ম হল একটি পরিবাহী দ্বারা তাপ নির্গত করা বা শোষণ করা যার মাধ্যমে কারেন্ট প্রবাহিত হয় এবং যার প্রান্তগুলি বিভিন্ন তাপমাত্রায় বজায় থাকে।
পেল্টিয়ার সেল
সিবেক ইফেক্ট সহ থার্মো-জেনারেটর মডিউলগুলির পেটেন্টের কথা বলার সময়, অবশ্যই, তাদের প্রথম জিনিসটি হল পেল্টিয়ার সেল। এটি একটি কম্প্যাক্ট ডিভাইস (4x4x0.4 সেমি) এন- এবং পি-টাইপ কন্ডাক্টর সিরিজে সংযুক্ত একটি সিরিজ থেকে তৈরি। আপনি নিজেই এটি তৈরি করতে পারেন। সিবেক এবং পেল্টিয়ার প্রভাবগুলি তার কাজের কেন্দ্রবিন্দুতে রয়েছে। এটি যে ভোল্টেজ এবং স্রোতগুলির সাথে কাজ করে তা ছোট (3-5 V এবং 0.5 A)। উপরে উল্লিখিত হিসাবে, এর কাজের দক্ষতা খুবই কম (≈10%)।
এটি একটি মগে জল গরম করা বা ঠান্ডা করা বা মোবাইল ফোন রিচার্জ করার মতো দৈনন্দিন কাজগুলি সমাধান করতে ব্যবহৃত হয়৷
