المزدوج الحراري

طريقة العمل
تتألف المزدوجة من معدنين مختلفين متصلين ببعضهما البعض عند طرف المزدوجة.

عند حدوث إختلاف حراري في طرف المزدوجة الذي يحوي بدوره طرفي المعدنين المختلفين، يتكوّن توتّر كهربائي تناسبي للحرارة المارّة في كل من المعدنين. فكلما زادت حرارة المعدن، تولّد تيار كهربائي أكبر.

و بهذا يمرّر كل طرف لمعدن، حرارة مختلفة عن الممرّرة من المعدن الآخر، فيصل إلى الطرف الآخر تياران كهربائيان مختلفان. وعند هذا الطرف اللي يربط المعدنين ببعضهما، يتولّد جهد كهربائي نظرا لوجود إختلاف بالتيار.

و يقوم مكوّن إلكتروني بيقياس هذا الجهد الموّلد، ويحوّل قيمته حسب الحاجة إلى قيمة حرارية تظهر على شاشة ظهور أو يمرر القيمة إلى مكوّن آخر لاستعمالها في آلة قياسية أخرى أو ما شابه.

الخلفية العلمية
الخلفية العلمية لطريقة العمل تعتمد على مفعول سيبيك الذي إكتشفه العلم الألماني توماس سيبيك Thomas Johann Seebeck.

عندما تتغيّر حرارة معدن ما، تتحرك إلكتروناته بطريقة أسرع. وعند إختلاف سرعة الإلكترونات في المعدنين المتصلين ببعضهما البعض في المزدوجة الحرارية، تتداخل الإلكترونات ببعضها حيث إلتقاء المعدنين. وهنا يحصل فائض إلكترونات في جهة، ونقص إلكترونات في الجهة الأخرى.

هذا الإختلاف يولّد تيارا كهربائيا متعلق إذا بنوع المعدنين من جهة، ومن الحرارة من جهة أخرى. ويسمى هذا التيار بال“التيار الكهرو-حراري“. يتم إيصال هذين التيارين بلوحة إلكترونية حيث يتم قياس فرق التيارين بال „ميكرو فولت“ اعتمادا على فرق حراري قيمته واحد كلفن „1 Kelvin“. فتكون قيمة التيار الكهرو-حراري بال ميكروفولت كل 1 كيلفن فرق حرارة.

قيم بعض المعادن المستخدمة في المزدوجات الحرارية
(µV/1K)
سيليزيوم +448

نيكل كروم +22

حديد +18

نحاس +7.5

الفضة +7.3

حسنات المزدوجة الحرارية
-سهولة التصنيع.

-مجال قياسي واسع للحرارة.

-ليس بحاجة إلى مصدر طاقة خارجي للتشغيل.

-لا يعتمد على نوع معين من الأسلاك.

-عدم تأثير مقاومة الأسلاك المستعملة على نوعية القياس.

سيئات المزدوجة الحرارية
-صغر قيم التيار الكهرو-حراري المتم توليده

-صعوبة في تصحيح قيمة الخطأ في القياس

-صعوبة في تلحيم الأسلاك المكونة من المعادن المذكورة آنفا

-خطورة أن تأخذ الأوساخ أو الصدأ مكانا لها بين الجسم المراد قياسه وبين المزدوجة، فتتأثر القيمة المقاسة
تطبيقات
على الرغم من صغر كمية التيار والجهد الناشئان عن المزدوج الحراري إلا أن تطور التكنولوجيا جعل منها تطبيقا فعالا في مجال المولدات الكهروحرارية وبقدرات مقبولة تصل إلى كيلووات. تستخدم هذه المولدات في خطوط نقل الغاز والنفط حيث يمرر جزء من الوقود المنقول عبر أنابيب فرعية ليحترق ويقوم بتسخين عدة آلاف من المزدوجات الحرارية الموصلة توصليا مركبا (مجموعات على التوالي ثم التوازي). يفاد من هذه المولدات في المناطق النائية والتي لا يتناسب معها مولدات اعتيادية أو خلايا شمسية.

تطبيق اخر على المزدوج الحراري وهو قياس درجات الحرارة باستخدام جداول التحويل الخاصة بحسب أنواع المزدوجات. في القياسات الحديثة أصبحت الالكترونيات الرقمية تسمح بتخزين هذه الجداول في قاعدة بيانات وعملية معالجة رقمية مباشرة كما في أجهزة قياس الحرارة الرقمية.

:يعطيك العافية: