Get Adobe Flash player

Termoelektrik Etkiler

      Yarıiletkenlerin elde edilmesinden başlamak üzere, bu kristallerin her türlü özelliğinin araştırılması, bu özellikleri kullanarak çeşitli cihaz ve sistemlerin yapılmasına, geliştirilmesine; bununla birlikte bu sistemlerin sanayiye kazandırılmasına kadar uzanan ve birçok bilime katkısı bulunan yarıiletken teknolojisi üzerinde dünyada geniş çapta araştırmalar yapılmaktadır. Yarıiletkenlerin çok fazla çeşitleri ve özellikleri vardır. Bunların kullanım alanları o kadar geniştir ki yarıiletkenlerin kullanılmadığı alan kalmamış sayılabilir. Şimdi de dünya, ısı enerjisini direkt elektrik enerjisine dönüştürme ve elektrik enerjisini direkt soğutmaya çevirme gibi problemler ile ilgili yarıiletkenlerin termoelektrik özelliklerinin araştırılmasına ağırlık vermiştir. 

      Ayrıca yarıiletkenlerin termoelektrik özelliklerinin araştırılması, yarıiletken fiziğinin temel araştırmalarından olup buna bağlı bilim dallarının gelişmesi açısından da önem taşımaktadır. Termoelektrik yarıiletkenlerin şu anda bile çok kullanım alanına sahip oldukları bilinmekte; yakın bir gelecekte de, daha farklı alanlarda kullanılabileceği düşünülmektedir. Bulk ve nano yapılı termoelektrik yarıiletkenlerden yapılan sistemler, uzay teknolojisinden beyaz eşya teknolojisine kadar uzanan geniş bir alanda kullanılmaktadır. Bu sistemlerin araştırılması günden güne derinleşerek ve genişleyerek devam etmektedir. Çünkü burada elde edilen temel bilgiler diğer teknolojilere göre daha kısa süre içinde sanayiye aktarılmakta ve para kazandırmaktadır. Bundan dolayı araştırmalar daha çok yarıiletkenlerin termoelektrik özellikleri ve termoelektrik teknolojisi üzerinde yoğunlaşmış durumdadır.


1-) Seebeck olayı
2-) Peltier olayı
3-) Thomson olayı

Seebeck Olayı
      Seebeck olayı 1821'de T.J. Seebeck tarafından bulunmuş, ama yanlış yorumlanmıştır. Seebeck. söz konusu olayı ilk kez bizmut ve bakır tellerden oluşan bir devrede gözlemiştir. Ne var ki olay. değişik metal çiftlerinde farklı şiddetlerde ortaya çıkmakta, hattâ farklı aralıktaki metallerde ya da tellerden biri gerildiğinde de değişmektedir.

     Bu olayların anlaşılması için, metallerdeki elektrik iletiminin bilinmesi gerekir. İletkenlik, metal billurunun, eksi yüklü hareketli bir elektron bulutu maddenin birim hacmine düşen serbest elektron sayısı, metalin cinsine ve sıcaklığına bağlıdır. Sıcaklık, elektronların ortalama hızını da belirler, ama bir elektriksel alan yoksa, elektronların hareketi rasgeledir ve bir akım oluşmaz.

   Aynı sıcaklıkta iki ayrı metal için, serbest elektron yoğunluğu ve ortalama hız farklı olur. Bu metaller birleştirildiğinde, daha güçlü olan elektronlar, öteki metale geçer. Geçişten önce iki metalde de, artı ve eksi yükler arasında bir denge bulunur. Geçişten sonra bu denge bozulur ve metaller arasında bir elektrik alanı oluşur. Birleşme noktalarının aynı sıcaklıkta olmasına karşılık, elektrik alanının büyüklüğü sıcaklığa bağlıdır. Yani, elektrik alanının kuvveti, birleşme noktası sıcaklığıyla birlikte değişir.

     Bir çift (farklı maddelerden iki metalin bir halka oluşturacak biçimde birleşmesi) ortaya çıkarıldığında, iki birleşme noktası oluşur. Birleşme noktası gerilimleri, birleşme noktalan aynı sıcaklıkta olduğunda, eşit genlikte, ama ters yöndedir. Bu yüzden, birbirlerini yok ederler. Birleşme noktaları farklı sıcaklıklarda olduklarında, yok etme söz konusu olmaz ve akım geçer. Bu. Seebeck olayıdır.

   Söz konusu akım kendisini oluşturan sıcaklık koşullarını yok etmeye çalışır. Başka bir deyişle, sıcak birleşme noktası soğurken, soğuk birleşme noktası ısınır. Bu özellik Peltier olayının anlaşılmasında büyük önem taşır.


Peltier Olayı
    Peltier olayı, Seebeck olayının tersidir. Bir çift çevresinden bir akım geçmeye zorlandığında, bir birleşme noktası ısınırken öteki soğur. Hangisinin ısınacağı, akımın yönüne bağlıdır.

    Akımın Seebeck olayıyla oluşturulduğu yukardaki koşullarda, sıcak birleşme noktasının soğumasıyla ve soğuğun ısınmasıyla belli olan. indüklenmiş bir Peltier olayı vardır. Bu. birleşme noktaları sıcaklıklarını koruyacak biçimde denetlenmediği sürece geçerlidir. Söz konusu akım, bir pilin eklenmesiyle yapay olarak yükseltildiğinde, etki artar. Pilin kutuplarını (dolayısıyla akımı) tersine çevirmek, olayı da tersine çevirir.


Thomson Olayı
    Isı gradyanı bulunan, bir metal çubuktan bir akım geçirildiğinde, ısı salınır ya da soğurulur. Bu, Thomson olayıdır. Isı gradyanı, metal içinde bir elektrik alanı oluşturur.

   Thomson olayı, Peltier olayına benzer. Ancak, Thomson olayında alan bir birleşme noktasıyla (ya da birleşme noktalarıyla) değil, bir sıcaklık gradyanıyla oluşmaktadır. Bir metal çubuktan akım geçirildiğinde, ısı, sıcaklık gradyanıyla ilişkili alanın yönüne bağlı olarak, salınır ya da soğurulur.

Sıcaklık gradyanınm elektrik alanı oluşturması şöyle açıklanabilir: Metal çubuğun bir ucunun ısıtılması, o uçtaki elektronların ısıl hızlarını yükseltir. Bu elektronlar öteki uca akarak, bir elektriksel dengesizlik, dolayısıyle de bir akım yaratırlar.

Bir bakır tel kullanıldığında akım, telin soğuk bölümünden sıcak bölümüne geçtikçe, ısı soğurur. Bu yüzden, telin sıcaklık dağılımını aynı tutmak için, tele ısı vermek gerekir. Sıcak bölgeden soğuk bölgeye akım geçen telde, ısı salınır.

Akımı oluşturan elektrik yükleri telden geçtikçe, ısınacaklarından ya da soğuyacaklarından, ısı alıp, ısı vereceklerdir. Ama bu durum, bir demir telde bozulur. Akım, telin sıcak bölümüne doğru hareket ettikçe. ısı verir (ya da soğuğa doğru aktıkça ısı alır).

Thomson olayının kullanım alanı sınırlıdır. Ama 1850 yıllarında William Thomson (Lord KELVİN) tarafından bulunması, bilimsel bakımdan çok önemli olmuştur.

Geri...