ما هي المادة الكهروحرارية: التحليل الرياضي وتطبيقاتها

إلى عازل المادة عبارة عن عازل كهربائي ، له القدرة على إيقاف تدفق التيار من خلاله. يتم تصنيفها في مواد سنترو المتماثلة والمواد الكهرضغطية ، علاوة على ذلك كهرضغطية تم تصنيفها على أنها غير كهربائية حرارية وكهربائية حرارية ، كما تم تصنيف الكهرباء الحرارية على أنها غير كهربائية وكهربائية. تحدد هذه المقالة المواد الكهروحرارية. تم اكتشافه في أوائل القرن العشرين من قبل عالم يوناني. اشتق اسم الكهرباء الحرارية من اليونانية حيث تعني كلمة pyro النار والكهرباء. إنها خاصية عامة لبعض البلورات المستقطبة للحصول على مجال كهربائي كبير. هذه المواد الكهروحرارية صلبة بطبيعتها وبلورية.

ما هي المواد الحرارية؟

الطاقة الحرارية أو المواد الكهروحرارية هي استجابة كهربائية للعازل القطبي مع تغير في درجة الحرارة. إذا تغيرت درجة الحرارة في المقابل ، فإنها تتسبب في حركة الذرات من الموقع المحايد ومن ثم يتغير استقطاب المواد ، نلاحظ الجهد عبر المادة. هذا التأثير مؤقت الآن لنفترض أن درجة الحرارة تظل ثابتة عند قيمتها الجديدة. يصبح الجهد الكهربي الحراري صفراً بسبب تيار التسرب. لذلك ، ضمن حدود درجة الحرارة نفسها ، تكون الشحنات الناتجة عن تأثير التسخين أو التبريد متساوية ومعاكسة.

تُظهر المواد الكهروحرارية استقطابًا تلقائيًا وهو استقطاب في حالة عدم وجود مجال كهربائي ، ولا يمكن تغيير هذا أو عكسه عند تطبيق المجال الكهربائي الذي يقوم به في المواد الحديدية الكهربية. ومن ثم فإن جميع المواد الكهروضوئية هي أيضًا كهرضغطية. تحتوي المواد الكهروضغطية على نوع معين من البلورات الكهروضغطية التي لا تسمح بالكهرباء الحرارية. ومن ثم يحدث التأثير الكهروحراري تحت 1070 درجة فهرنهايت درجة حرارة كوري ، لذلك عندما يتم تسخين المادة فوق درجة حرارة كوري 1070 درجة فهرنهايت ، تعود الذرات إلى مواقع التوازن الخاصة بها. لذلك ، يعتبر التأثير الكهروكالوريك معكوسًا فيزيائيًا للتأثير الكهروحراري.

قائمة المواد الكهروحرارية

بعض المواد الكهروحرارية مذكورة أدناه

• التورمالين
• نيتريد الغاليوم
• نترات السيزيوم (CsNO3)
• فلوريد البوليفينيل
• مشتقات فينيل بيريدين
• الكوبالت فثالوسيانين
• تانتاليت الليثيوم (LiTaO3).

مقارنة بين الكهرباء الحرارية والكهرباء الحرارية

التأثير الكهربائي للسعرات هو الظاهرة التي تُظهر فيها المادة تغيرًا عكسيًا في درجة الحرارة في المجال الكهربائي المطبق. ومن ثم تختلف الطاقة الكهروحرارية عن الكهرباء الحرارية. تقوم بلورة Pyro بتغيير درجة الحرارة من درجة إلى أخرى مما ينتج عنه جهد مؤقت عبر البلورة.

بينما في حالة الكهرباء الحرارية طرفي الجهاز يتعرضان لدرجات حرارة مختلفة مما ينتج عنه جهد دائم في الجهاز نتيجة وجود اختلاف في درجة الحرارة.

الفرق بين المواد الكهروإجهادية والمواد الكهروحرارية والمواد الكهروحرارية

فيما يلي الاختلافات بين المواد الكهروإجهادية والمواد الكهروحرارية والمواد الكهروحرارية

التحليل الرياضي للمواد الكهروحرارية

قطعة رقيقة من مادة كهروحرارية عبارة عن قطب كهربي ومتصل بمضخم ذي مقاومة عالية ، حقل التأثير الترانزستور (FET) كما هو موضح أدناه. فليكن التيار الكهربي الحراري الذي يولد الجهد V عبر المدخل الكهربائي Ye. الجهد المضخم تزاوج مكاسب الوحدة مصدر المعاوقة العالية للتيار إلى مقاومة دخل منخفضة تتبع الدائرة. إذا كان p 'أحد مكونات المعامل الكهروحراري p المتعامد لسطح القطب الكهربائي للمنطقة A. يكون التيار المتولد مستقلاً عن السماكة لأن التيار مرتبط بشحنة السطح غير المحدودة.

التحليل الرياضي للمادة الكهربائية الحرارية

أين،

الشحنة س = p 'A Δ T …… .. 1

التيار الكهروحراري ip = Ap’dT / dt …… .. 2

الجهد الكهربي الحراري V = i / УE ……… 3

حيث الإدخال الكهربائي УE = GA + GE + jw CA + CE …… .4

التحويلة وعينة التوصيل GA، GE

التحويلة وعينة السعة CA، CE

السعة المكافئة للعزل الكهربائي 100 = € σa / إلى ...... 5

طاقة مخزنة E = ½ p2 € AhΔT2 …… .6

d = سمك المادة € σ = ثابت السماحية عند الإجهاد ، A = منطقة الحماية ، p '= مكون المعامل الكهروحراري p.

إذا تم تطبيق مجال كهربائي E على مادة ، فإن إجمالي الإزاحة العازلة d التي تمثل شحنة لكل وحدة مساحة من اللوحة ، على جانبي المادة الكهروحرارية هي ،

د = E s + € E ………… .7

حيث € هي سماحية الفراغ و Es هي استقطاب تلقائي لكثافة حجم العزم الكهربائي ثنائي القطب .

تأثير المعامل الكهربي الحراري مع درجة الحرارة

من التحليل أعلاه ، فإن المعامل الكهروحراري له تأثير على درجة الحرارة

• يزيد المعامل الكهربي الحراري مع زيادة درجة الحرارة
• يعتمد ذلك على ترتيب انتقال الطور وهو أكبر بالنسبة للانتقالات من الدرجة الثانية
• Tc هي درجة حرارة كوري حيث تزداد المادة الكهروحرارية.

مزايا المواد الكهروحرارية

مزايا المواد الكهروحرارية هي

• خالية من التلوث
• تكلفة الصيانة أقل
• استجابة عالية التردد

عيوب المواد الكهروحرارية

عيب المواد الكهروحرارية هو

• تتطلب عالية معاوقة كابل
• لا يمكن قياس الحركات الساكنة بسهولة.

التطبيقات

تطبيقات المواد الكهروحرارية هي

• كاشفات الحركة المعتمدة على PIR
• قياس الإشعاع
• محول الطاقة الشمسية الكهروحرارية
• الكشف عن الحياة الفطرية وحمايتها
• مقياس حرارة يعمل عن بعد
• كاشف الحريق
• التشخيص بالليزر.

أسئلة وأجوبة

1). ما هي البلورات الكهروحرارية؟

البلورات الكهروحرارية هي مواد تنتج الكهرباء عند زيادة درجة حرارة البلورة.

2). هل جميع أجهزة كهربائية من حديد بيزو كهربائية؟

نعم ، جميع الأجهزة الكهروضوئية الكهربائية بيزو ولكن ليس كل الكهروإجهادية هي كهر كهربائية حديدية.

3). هل الكوارتز كهربائي حراري؟

نعم ، الكوارتز هو بلورة كهروحرارية.

4). ما هو مستشعر بايرو؟

يُطلق على مستشعر بايرو أيضًا كاشف حراري أو كاشف حراري. حيث إذا كان هناك تغير طفيف في درجة الحرارة يتم تطوير شحنة على سطح البلورة وهو التيار الكهربائي المطلوب.

5). هل تستطيع البلورات تخزين البيانات؟

نعم ، يمكن للبلورات تخزين البيانات.

6). هل تؤثر الخلفية الحرارية على التأثير الكهروحراري؟

لا ، الخلفية الحرارية لا تؤثر على التأثير الكهروحراري.

وهكذا ، فإن الكهرباء الحرارية هي خاصية لبعض البلورات التي تظهر الاستقطاب ، حيث يتم توليد استجابة كهربائية مع تغير درجة الحرارة. يحدث التأثير الكهروحراري أقل من 1070 درجة فهرنهايت وهي درجة حرارة كوري. إنها تتطلب كبلًا عالي المقاومة لتشغيلها والذي يوفر استجابة تردد جيدة. هذا سؤال لك ، ما هي وظيفة المادة الكهروحرارية؟