بحث عن تكنولوجيا الكهرباء الحرارية

Thermoelectric Technology

 

 

 

 

 

 

 

نبذه تاريخية ..

في 1821 ، توماس سيبيك (1770-1831) اكتشف ان المعادن المختلفة المتصلة تنشأ تيار كهربى " ميكرو فولت"  اذا كانت نقاط الإتصال (نقط الإلتقاء junctions"") عرضت لدرجات حراره مختلفه. هذا  التأثير معروف باسم " تأثير سيبيك ".  هذا هو اساس الإذدواج الحرارى و الميزان الحرارى.

  في عام 1834 ، عالم يدعا بيلتير اكتشف عكس تأثير سيبيك ، والذى يعرف الان باسم "تأثير بيلتير " , وجد انه عند اتخاذ المزدوجه الحراريه وتنفيذ الجهد  عليها ( توصيلها بالتيار الكهربى)، الامر الذي يجعل درجه الحرارة  تختلف بين (نقط الإلتقاء junctions""). مما يؤدي الي ضخ حراره  بكمية صغيره ، يعرف هذا الأن بالتبريد  بالكهرباء الحرارية   (TEC)   a thermo-electric cooler .

وبهذا يكون اكتشف العالمان توماس سيبيك و بيلتر جان الظواهر الاساسيه التي بنيت عليها صناعة  الكهرباء الحراريه اليوم .

 

ماهى اشباه الموصلات؟

السليكون هو العنصر الرئيسي المشترك فى أشباة الموصلات  وهو العنصر الرئيسي في الرمال والكوارتز. اذا نظرتم "للسليكون" في الجدول الدوري فانك ستجد ان يجلس بعد الالومنيوم ، وتحت الكربون وفوق الجرمانيوم.

 

                                      

السيليكون يجلس بعد الالومنيوم ، وتحت الكربون وفوق الجرمانيوم في الجدول الدوري.


الكربون والسليكون والجرمانيوم ( والجرمانيوم مثل السيليكون هي ايضا اشباه الموصلات) تملك خواص فريده في البنيه الالكترونيه --  هى تملك اربعه الكترونات في المدار الخارجي . مما يتيح لها تكوين بلورات روابط تساهميه مع الذرات المجاورة وتخلق المشبك (النظام الشبكى) فى النظام الشبكى للسليكون كل ذره سليكون  يربطها اربع روابط تساهمية مع اربع ذرات مجاوره ، مما لا  يمكن من وجود الالكترونات الحره لتوصيل التيار الكهربائي. وهذا يدل تماما علي ان السيليكون البلورى عازل كهربائى على عكس الموصلات

 (conductor) . المعادن تميل لعلاقه طيبه لتوصلات الكهربائيه لانها عاده تمتلك "الالكترونات الحره" التي يمكن ان تنتقل بسهوله بين الذره والكهرباء ، ويسمى التدفق الالكترونات. حين ننظر بلورات السيليكون المعدنيه ، فهي ليست في الواقع من المعادن. كل الالكترونات الخارجيه في بلوره السيليكون تشارك في اكتمال الروابط  التساهميه بحيث لا يستطيعون التنقل. بلورات السليكون النقى تقريبا هى من العوازل –  ( كهرباء ضئيله جدا  تتدفق من خلالها ). يمكنك تغيير سلوك السليكون وتحويله الي جانب الموصلات عن طريق عجنة . في العجينة يتم مزيج  كمية صغيره من الشوائب فى بلورات السليكون .

هناك نوعان من الشوائب :

النوع (N) :-

فى النوع N،( العجينة تتكون من الفسفور او الزرنيخ  الي كميات صغيره من السيليكون). الفسفور والزرنيخ  تملك خمسه الكترونات خارجيه ، تتحرك من مكانها عند إدخال السليكون(وربط المشابك). الالكترونات الخامسه ليس لديها روابط تساهمية بحيث انها  تصبح حره التنقل. ونحتاج كميه قليله جدا من الشوائب لكى نوجد الكترونات حره تكفي  للسماح  بتدفق التيار الكهربي عن طريق السليكون. النوع N من السليكون  موصل جيدا للكهرباء. الالكترونات لها شحنة سالبة Negative , ولهذا اسمها نوع N.

نوعP :-

فى النوعP ، ( العجينة تتكون  من عنصر لا فلزى اوعنصر فلزى(الجاليوم) هو المعجن الي كميات صغيره من السيليكون ) . العنصر غير  فلزى  والفلزى  كل منهم يمتلك ثلاثه الكترونات فى المدار الخارجى. عندما يتم خلط السليكون وتشابكة فانها الالكترونات التي ليس لديها روابط تساهمية تشكل "ثغرات" في المشبك السليكون  . غياب الإلكترون يوجد اثر إيجابى Positive ، ولهذا سميا النوعP. الثقوب تقوم بعملية نقل الإلكترونات من الذرات المجاوره.

وتخلق بذلك نوع السليكون موصل جيدا للكهرباء ..بالعجينتين من النوع N-P يتحول السيلكون من عازل جيد الى موصل( ليس ممتاز)  وهذا يسمى اشباه الموصلات (Semiconductor) .

 

كيف تعمل..؟

الديود هو ابسط وسيله ممكنه لشرح كيف تعمل اشباه الموصلات. الديود يتيح تدفق التيار في اتجاه واحد دون الاخر. لعلك لاحظت الابواب الدواره في الملعب او محطه المترو التى تدع الناس تمر في اتجاه واحد فقط. الديود هو احد الأبواب الدواره الالكترونيه.  عندما تضع العجينتين من النوع N-P معا كما هو مبين في الشكل ، سيعطي  لك ظاهره الديود وخصائصها الفريده.

 

                                                                                          

 

رغم ان نوع العجينةN موصلة و نوع العجينةموصل في حد ذاتها ايضا  ولكن المجموعه المبينه في الرسم البياني لا تقوم باي عملية توصيل للكهرباء. الالكترونيات السلبيه في نوعN   اصبح يجذبهم الايجابيه من طرفيه البطاريه . الايجابيه في الثقوب من النوع P اصبح يجذبهم السلبيه من البطاريه. فلا يوجد حاليا اي تدفق عبر مفترق (او نقاط الإلتقاء " junctions") لان الثقوب والالكترونات كلا تحرك في الاتجاه الخطاء.

اذا قمت بعملية لف للبطارية.. فان الديود سيقوم بعملية التوصيل بشكل جيد .

الالكترونات الحره في نوع السيليكون N هي تتنافر  مع السلبيه من طرف البطاريه. الثغر في نوع السيليكون P تتنافر  مع الايجابيه فى  طرف  البطاريه. في المفرق بين نوع ونوع P الثقوب والالكترونات الحره تلتقى. والالكترونات تسد الثغر. تلك الثقوب والالكترونات الحره  تصبح جاهزة للحركة، وتنشأ نتيجة عمليات التنافر ثقوب والالكترونات جديده  تاخذ هذه الأمكان. واثر ذلك هو  التدفقات الحاليه عبر نقاط الالتقاء وهو ما يسمى بتدفق التيار " current flows ".

الجهاز الذى يمنع التيار في اتجاه واحد مع السماح بتدفق التيار في اتجاه اخر يسمي ديود .

 

 

للمزيد ..

 

 

 

 

السليكون

السليكون

لايوجد تدفق للتيار يعبر من نقط الإلتقاء

Phone: +20237453557

Fax: +20233827584

E-mail: wael@waelsabry.com

جمهورية مصر العربية

القاهرة- الجيزة

2 شارع ابن خلدون المتفرع من شارع متولى الشعراوي

محطة المريوطية -فيصل

Mob:+20105008905