افتح القائمة الرئيسية

كهربية حرارية للمواد

(بالتحويل من كهربية حرارية)
حساس للكهربية الحرارية للمواد

الكهربية الحرارية للمواد هي قدرة بعض المواد علي توليد جهد مؤقت عندما يتم تسخينها أو تبريدها[1]. لأن التغيير في درجه الحرارة يعمل على تعديل أماكن بعض الذرات قليلًا في التركيب البلوري، وعندما يحدث هذا التعديل، فإنه يثير الجهد في بلورة المادة.

وإذا أصبحت درجة الحرارة ثابتة عند القيمة الجديدة، فإن الجهد الكهربي سوف يختفي تدريجيًا بسبب تسرب التيار (يمكن أن يكون تسرب بسبب تحرك الإلكترونات، أو انتقال الأيونات عبر الهواء).[1][2]

تفسيرهاعدل

يمكن إعتبارها كضلع من أضلاع المثلث [3] في حين يمثل كل ركن آخر حالة الطاقة في البلورة، كالطاقة الحركية والكهربية والحرارية، والركن بين الطاقة الحرارية والكهربية يمثل تأثير هذه الظاهرة ولا ينتج طاقة حركية. أما الركن بين الطاقة الحركية والكهربية فإنه يمثل تأثير الكهرضغطية ولا ينتج عنه طاقه حرارية. ولقد تم إكتشاف هذا التأثير أولًا في المعادن مثل التورمالين، ويوجد أيضًا في كل من العظام والآوتار.

تاريخيًاعدل

أول إشارة إلى التأثير الكهروحراري للمواد كان في كتابات ثيوفراستوس في عام 314 ق.م[4].

 
مجسم منحوت لثيوفراستوتس في روما

وقد قام يوهان جورج شميدت بإكتشاف خصائص التورمالين في 1707، الذي أشار إلى أن الحجر جذب الرماد الساخن فقط، وليس البارد[5]. وفي عام 1717 لاحظ لويس ليميري ، كما لاحظ شميت، أن قصاصات صغيرة من المواد غير الموصلة تم جذبها بواسطه التورمالين[6]. وفي عام 1747 في لينيوس كان أول إرتباط لهذه الظاهرة بالكهرباء[7][8].

الكهربية الحرارية للمواد والإستقطابعدل

يمكن تقسييم كل أشكال البلورات إلي 32 صنفًا, وفقًا لعدد محاور الدوران لها والأسطح المنعكسة.

من أنواع البلورات الكهرضغطية:

1, 2, m, 222, mm2, 4, -4, 422, 4mm, -42m, 3, 32, 3m, 6, -6, 622, 6mm, -62m, 23, -43m

أنواع البلورات الكهروحرارية: 1, 2, m, mm2, 3, 3m, 4, 4mm, 6, 6mm

التطورات الحاليةعدل

تم إحراز تقدم في صناعه مواد كهروحرارية , عادة في شكل طبقات رقيقة , مثل (GaN) و (CsNO3) و (LiTaO3) والتي يتم إستخدامها لخلق ندماج نووي على نطاق صغير (الإنصهار الكهربي الحراري )[9].

التفسير الرياضيعدل

ويمكن وصف معامل الكهربي الحراري مع تغير متجه الإستقطاب ودرجة الحرارة من المعادلة[10]:

 

حيث pi (Cm−2K−1) هو متجه الكهرباء الحرارية.

توليد الطاقةعدل

هذه المواد يمكن تسخينها وتبريدها بإستمرار لتوليد طاقه كهربائية صالحة للإستعمال. إحدي المجموعات استطاعت التوصل إلي أن هذه المواد في دورة إريكسون قد تصل إلى 50٪ من كفاءة دورة كارنو[11][12][13].

مراجععدل

  1. أ ب Webster, John G (1999). The measurement, instrumentation, and sensors handbook. صفحات 32–113. ISBN 978-0-8493-8347-2. 
  2. ^ In this article, the term "voltage" is used in the everyday sense, i.e. what a مقياس جهد كهربائي measures. This is actually the جهد كهركيميائي, not the كمون كهربائي (Galvani potential).
  3. ^ Buchanan، Relva C. (2004). Ceramic Materials for Electronics: Third Edition, Revised and Expanded (الطبعة Third). Cincinnati, Ohio: Marcel Dekker, Inc. صفحة 217. ISBN 0-8247-4028-9. اطلع عليه بتاريخ 10 نوفمبر 2015. 
  4. ^ Earle R. Caley and John F.C. Richards, Theophrastus: On Stones (Columbus, Ohio: Ohio State University, 1956), page 51, paragraph 28 of the original text: "It [smaragdos] is remarkable in its powers, and so is the lyngourion [i.e., lynx-urine stone] … . It has the power of attraction, just as amber has, and some say that it not only attracts straws and bits of wood, but also copper and iron, if the pieces are thin, as Diokles used to explain."
  5. ^ Johann Georg Schmidt, Curiöse Speculationes bey Schalflosen Nächten [Curious Speculations During Sleepless Nights] (Chemnitz and Leipzig (Germany): Conrad Stössen, 1707), pages 269-270. An English translation of the relevant passage appears in: Sidney B. Lang, Sourcebook of Pyroelectricity, vol. 2 (New York, New York: Gordon and Breach, 1974), page 96. نسخة محفوظة 25 فبراير 2017 على موقع واي باك مشين.
  6. ^ "Diverse observations de la physique generale," Histoire de l'Académie des Sciences (1717); see pages 7-8. نسخة محفوظة 30 يناير 2018 على موقع واي باك مشين.
  7. ^ Carl von Linné ("Linnaeus"), Flora Zeylanica: Sistens Plantas Indicas Zeylonae Insulae [The Flora of Ceylon: consisting of Indian plants of the island of Ceylon] (Stockholm ("Holmiae"), Sweden: Laurentii Salvii, 1747), page 8. A translation of the relevant passage appears in Lang (1974), page 103. نسخة محفوظة 25 فبراير 2017 على موقع واي باك مشين.
  8. ^ Aepinus (1756) "Memoire concernant quelques nouvelles experiences électriques remarquables" [Memoir concerning some remarkable new electrical experiments], Histoire de l'Académie royale des sciences et des belles lettres (Berlin), vol. 12, pages 105-121. نسخة محفوظة 25 فبراير 2017 على موقع واي باك مشين.
  9. ^ Naranjo، B.؛ Gimzewski، J.K.؛ Putterman، S. (2005). "Observation of nuclear fusion driven by a pyroelectric crystal". Nature. 434 (7037): 1115–1117. Bibcode:2005Natur.434.1115N. ISSN 0028-0836. PMID 15858570. doi:10.1038/nature03575. 
  10. ^ Damjanovic, Dragan, 1998, Ferroelectric, dielectric and piezoelectric properties of ferroelectric thin films and ceramics, Rep. Prog. Phys. 61, 1267–1324.
  11. ^ Sebald، Gael؛ Pruvost، Sebastien؛ Guyomar، Daniel (2008). "Energy harvesting based on Ericsson pyroelectric cycles in a relaxor ferroelectric ceramic" (PDF). Smart Materials and Structures. 17: 015012. Bibcode:2008SMaS...17a5012S. doi:10.1088/0964-1726/17/01/015012. 
  12. ^ Sebald، Gael؛ Guyomar، Daniel؛ Agbossou، Amen (2009). "On thermoelectric and pyroelectric energy harvesting". Smart Materials and Structures. 18: 125006. Bibcode:2009SMaS...18l5006S. doi:10.1088/0964-1726/18/12/125006. 
  13. ^ Olsen، Randall B.؛ Evans، Diane (1983). "Pyroelectric energy conversion: Hysteresis loss and temperature sensitivity of a ferroelectric material". Journal of Applied Physics. 54: 5941. Bibcode:1983JAP....54.5941O. doi:10.1063/1.331769.