Hiện tượng nhiệt điện là gì? Cặp nhiệt điện là gì?

Hiện tượng nhiệt điện là gì? Cặp nhiệt điện là gì? Đây là một trong những mảng kiến thức quan trọng của vật lý cũng như trong lĩnh vực điện. Song, ít ai nắm vững được những kiến thức về chúng. Chính vì vậy, trong bài viết này chúng tôi sẽ giúp các bạn tìm hiểu khám phá và nắm vững các kiến thức liên quan đến hiện tượng và hiệu ứng nhiệt điện. 

1. Hiện tượng nhiệt điện là gì? Hiệu ứng nhiệt điện là gì?

Hiệu ứng nhiệt điện hay còn được gọi là hiệu ứng Peltier-Seebeck. Hiệu ứng này là sự chuyển đổi nhiệt năng một cách trực tiếp sang điện năng và ngược lại biến nhiệt năng thành điện năng trên một kết nối giữa hai vật dẫn điện. Hiểu một cách đơn giản là giữa hai bên kết nối sẽ sản sinh ra một hiệu điện thế nếu có sự chênh lệch về nhiệt độ giữa hai bên và ngược lại nếu giữa hai bên có sự chênh lệch về điện năng sẽ sản sinh ra nhiệt năng ở giữa chúng.

Hiện tượng nhiệt điện là gì, cặp nhiệt điện là gì
Sơ đồ hiệu ứng nhiệt điện giữa hai thanh kim loại

Hiệu ứng nhiệt điện được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1834 bởi nhà vật lý người Pháp – Jean Charles Athanase Peltier. Nhà vật lý Peltier đã thực hiện nối một dây bismuth với một dây đồng và một nguồn điện tạo ra một mạch kín. Ông nhận thấy sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt, một mặt lạnh đi còn một mặt thì nóng lên. 

Nếu chúng ta tiến hành để mặt lạnh này vào bên trong một chiếc hộp kín, chiếc hộp đó sẽ biến thành một chiếc tủ lạnh. Hiệu ứng này có ưu điểm lớn nhất đó chính là giúp các thiết bị làm lạnh ổn định mà không cần sử dụng máy nén gas, van tiết lưu…  Song công suất làm lạnh của nó không được cao.

>>> Xem thêm: lực điện từ là gì, cách xác định lực điện từ bằng quy tắc bàn tay trái

2. Hiện tượng nhiệt điện là gì?

Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng sản sinh ra suất điện động nhiệt điện trong một mạch điện kín khi giữa hai đầu vật kim loại hoặc hợp kim có sự chênh lệch về nhiệt độ. Hiểu một cách đơn giản hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng một dòng điện được sinh ra trong mạch kín, khi có sự chênh lệch về nhiệt độ giữa hai đầu dây dẫn. 

Để giúp các bạn có thể hiểu rõ hơn về hiện tượng nhiệt phần tiếp theo của bài viết, chúng tôi sẽ chia sẻ với các bạn một thí nghiệm vật lý về hiện tượng nhiệt điện.

Thí nghiệm về hiện tượng nhiệt điện:

Thực hiện lắp một mô tơ cánh quạt chạy bằng điện 1 chiều với hai thanh kim loại. Sau đó tiến hành nhúng 2 thanh kim loại đó vào hai cốc khác nhau, một cốc chứa không khí, một cốc chứa nước. Quan sát thí nghiệm chúng ta không thấy sự thay đổi nào (cánh quạt không quay), điều này chứng tỏ không có dòng điện nào được sản sinh ra bên trong mạch.

hiệu ứng nhiệt điện
Thí nghiệm hiện tượng nhiệt điện

Bước tiếp theo các bạn tiến hành đổ nước có nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn nước ở cốc đựng nước ban đầu vào trong cốc chứa không khí. Chúng ta đợi một lúc, sẽ thấy cánh quạt bắt đầu quay. Điều này chứng tỏ bên trong mạch lúc này đã xuất hiện dòng điện. 

Sau đó chúng ta tiến hành làm tăng sự chênh lệch nhiệt độ của hai cốc nước và tiếp tục quan sát. Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy nhiệt độ của hai thanh kim loại  có sự chênh lệch càng lớn thì cánh quạt quay càng nhanh. Điều này chứng tỏ rằng độ mạnh của dòng điện sinh ra trong mạch phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ của hai thanh kim loại.

Hiện tượng sinh ra dòng điện trong thí nghiệm trên chính là hiện tượng nhiệt điện và dòng điện được sản sinh suất điện động nhiệt điện.

Lý giải hiện tượng vật lý xảy ra trong thí nghiệm:

Hiện tượng nhiệt điện
Dòng điện được tạo ra trong mạch kín khi có sự chênh lệch nhiệt độ

Khi nhiệt độ của vật dẫn có sự chênh lệch về nhiệt độ, mật độ các hạt tải điện tại nơi có nhiệt độ cao hơn sẽ lớn hơn so với mật độ hạt tải điện tại nơi có nhiệt độ thấp. Do đó có sự dịch chuyển thành dòng của các hạt tải điện từ nơi có nhiệt độ cao hơn về nơi có nhiệt độ thấp hơn, đồng thời tạo nên sự chênh lệch điện thế giữa hai đầu của vật dẫn. Nếu chúng ta tiến hành nối thành mạch kín sẽ hình thành nên suất điện động nhiệt điện và sinh ra dòng điện giúp cánh quạt có thể quay.

>>> Tìm hiểu thêm: Nam châm điện là gì, ứng dụng của nam châm điện

3. Cặp nhiệt điện là gì?

Cặp nhiệt điện trong tiếng Anh được ghép bởi “thermo” có nghĩa là “nhiệt” và “couple”  biểu thị cho hai mối nối. Như vậy chúng có thể hiểu cặp nhiệt điện chính là mối nối của hai nguồn nhiệt.

Cặp nhiệt điện là gì?
Cặp nhiệt điện là gì?

Một cặp nhiệt điện thông thường sẽ bao gồm hai dây kim loại khác nhau. Mỗi một dây kim loại này được chế tạo từ một kim loại hoặc một hợp kim. Hai dây kim loại hoặc hợp kim này được ghép nối lại với nhau với nhau tại một đầu tạo nên điểm đo. Thông thường điểm này sẽ được gọi là điểm nóng, bởi phần lớn kết quả nhiệt độ đo được cao hơn nhiệt độ môi trường. Hai đầu còn lại của hai dây được tiến hành ghép nối tới dụng cụ đo nhằm tạo ra mạch kín cho phép dòng điện chạy qua. Dụng cụ đo này sẽ thực hiện đo mức điện áp được sản sinh tại điểm nối và thực hiện chuyển đổi nó thành giá trị nhiệt độ tương ứng.

4. Ứng dụng cặp nhiệt điện

Cặp nhiệt điện được ứng dụng trong chế tạo nhiệt kế điện hoặc cảm biến dùng để đo nhiệt độ: Sở dĩ cặp nhiệt điện có thể ứng dụng trong chế tạo nhiệt kế điện, cảm biến để đo nhiệt độ là nhờ vào nguyên lý hoạt động của nó. Cụ thể như sau: 

Suất điện động được sinh ra từ cặp nhiệt điện tỉ lệ thuận với sự chênh lệch nhiệt độ (được xác định trong bảng thực nghiệm). Trong quá trình đo, chúng ta tiến hành cho một đầu cặp nhiệt điện vào vùng cần đo nhiệt độ, lúc này suất điện động nhiệt điện sẽ được hình thành bên trong cặp nhiệt điện. Từ mức độ suất điện động nhiệt điện được hình thành chúng ta tính được ra nhiệt độ đang muốn đo.

Như vậy chúng ta có thể thấy ứng dụng của của cặp nhiệt điện là dùng để đo nhiệt độ. Song, nhiệt kế điện chuyên được dùng để đo nhiệt độ tại những nơi có nhiệt độ cao như: Lò nung, lò hơi, lò luyện thép…

– Ứng dụng cặp kế nhiệt điện đo nhiệt độ trong lò nung: 

Các lò nung luôn có môi trường nhiệt độ trong khoảng từ 1300 độ C đến 1600 độ C. Chính vì vậy, khi tiến hành đo chúng ta cần phải dùng đến cặp nhiệt điện. Thông thường cặp nhiệt điện loại S (hay còn được gọi là can nhiệt sứ hoặc can sứ) sẽ được lựa chọn để đo.

– Ứng dụng cặp nhiệt điện đo nhiệt độ trong lò hơi:

cặp nhiệt điện
Can nhiệt đo nhiệt độ lò hơi

Lò hơi là môi trường nhiệt độ được nhận xét là khá “lành” so với cặp nhiệt điện, bởi nhiệt độ chỉ rơi vào khoảng 1200 độ C trở lại. Do đó, khi đo nhiệt độ lò hơi người ta sẽ sử dụng cặp nhiệt điện loại K (hay còn được gọi với tên gọi là can nhiệt ca hoặc can K) để đo.

5. Hiện tượng siêu dẫn là gì?

Hiện tượng siêu dẫn là một hiện tượng vật lý được dùng để chỉ hiện tượng xảy ra đối với một số vật liệu (kim loại hoặc hợp kim) ở từ trường đủ nhỏ và nhiệt độ đủ thấp để điện trở đột ngột giảm về 0.

Những ưu điểm của vật liệu siêu dẫn:

  • Điện trở của vật liệu siêu dẫn nhỏ (≈0), do đó dòng điện sinh ra trong vật dẫn sẽ  được duy trì trong một thời gian dài
  • Vật liệu siêu dẫn có thể tạo nên từ trường rất mạnh.

Nhiệt độ giới hạn (Tc) của một số vật liệu 

Các bạn có thể theo dõi bảng giới hạn nhiệt độ của một số vật liệu để tạo ra hiện tượng siêu dẫn sau đây:

STT Tên vật liệu Nhiệt độ giới hạn Tc (K)
1 Thủy ngân 4,15
2 Kẽm 0,85
3 Nhôm 1,19
4 Chì 7,19
5 Nb3Sn 18
6 Nb3Al 18,7
7 HgBa2Ca2Cu3O8 134

6. Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn 

Hiện tượng siêu dẫn được ứng dụng để:

  • Truyền tải điện năng
  • Tạo ra máy gia tốc mạnh
  • Máy đo điện trường chính xác
  • Máy quét MRI dùng trong y học

Bài viết là toàn bộ những chia sẻ của chúng tôi về hiện tượng nhiệt điện là gì cũng như hiệu ứng nhiệt điện. Ngoài ra, trong bài viết chúng tôi cũng đề cập tới hiện tượng siêu dẫn và cặp nhiệt điện. Hy vọng những kiến thức chúng tôi chia sẻ trên đây đã giúp các bạn nắm rõ được chủ đề về hiện tượng nhiệt điện.

Có thể bạn quan tâm:

banhuan

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Next Post

Sóng điện từ là gì? Đặc điểm, nguyên tắc truyền thông tin của sóng

T5 Th9 17 , 2020
Hiện tượng nhiệt điện là gì? Cặp nhiệt điện là gì? Đây là một trong những mảng kiến thức quan trọng của vật lý cũng như trong lĩnh vực điện. Song, ít ai nắm vững được những kiến thức về chúng. Chính vì vậy, trong bài viết này chúng tôi […]
Sóng điện từ là gì