1 / 24

Termoelektřina aneb fyzika pevných látek v praxi

Termoelektřina aneb fyzika pevných látek v praxi. Čestmír Drašar Patrik Čermák. Ústav aplikované fyziky a matematiky, FChT, Univerzita Pardubice. SPŠE Pardubice, Karla IV. 13. Hlavní body. Základní „objekty“ FPL Atom, Orbital, Pásy, Krystaly Transportní vlastnosti

doris
Download Presentation

Termoelektřina aneb fyzika pevných látek v praxi

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Termoelektřinaaneb fyzika pevných látek v praxi Čestmír Drašar Patrik Čermák Ústav aplikované fyziky a matematiky, FChT, Univerzita Pardubice SPŠE Pardubice, Karla IV. 13

  2. Hlavní body • Základní „objekty“ FPL • Atom, Orbital, Pásy, Krystaly • Transportní vlastnosti • Rozptyl, Elektrická a tepelná vodivost, Hallův jev • Termoelektřina • TE jevy, TE materiály, Mottova rovnice • Moderní trendy v TEs • Nanorozměr • Aplikace TEs

  3. Rutherfordův – Chadwickůvplanetární modelatomu s elektronem obíhajícím kolem nepatrného hustého jádra z protonů a neutronů. [1]

  4. Atomové Orbitaly • Orbital: Místo, kde se elektron vyskytuje s 95% pravděpodobností. • Typy orbitalů: s, p, d, f, g, h • Kontury atomových orbitalů: • Typu g – možné (dole): • Typu h – velmi složité.

  5. Struktura pevné fáze

  6. Krystalové Mřížky • Poruchy: • Plošné • Čárové (dislokace) • Bodové: • Vakance • Interstaciál Elementární buňka Krystal NaCl

  7. N atomů = N hladin E 3s1 2p6 r0 2s2 1s2 r0 Pásy kovového sodíku Orbitaly jednotlivých atomů Pásová teorie pevných látek Kondenzace sodíkových atomů – vznik energetických pásů Klesá kinetická energie • U kovů se energetické pásy překrývají nebo jsou neúplně zaplněné • U polovodičů / izolantů se nepřekrývají a jsou zcela plné nebo zcela prázdné

  8. E 3s1 Eg 2p6 2s2 1s2 r0 Pásy kovového sodíku Orbitaly jednotlivých atomů Pásová teorie pevných látek KOV POLOVODIČ IZOLANT Eg

  9. Pásová teorie – dopování polovodičů • Umělé bodové poruchy: • Si – B, P… • GaAs – Be, Si, Ge… • Přirozené bodové poruchy: • Vakance Interstaciály Antistrukturní Eg

  10. Větší koncentrace log m ~T3/2 ~T-3/2 Ionizované příměsi Mřížkový rozptyl log T Transport - Rozptyl • Dráha (rozptyl) elektronu: • Mechanismy rozptylu: • Na kmitech mřížky (fonony) • Na ionizovaných příměsích • Na neionizovaných příměsích a strukturních poruchách

  11. dV S I dl elektron! Transport – Elektrická vodivost • Transport náboje v látkovém prostředí: • Mikroskopický pohled na Ohmův zákon: (kovy)

  12. Transport – Tepelná vodivost • Složky: • Mřížková (km) • Elektronová (ke) • Franzův-Wiedemannův zákon (kovy): Lorenzovo číslo

  13. UH Transport – Hallův jev B • „Klasický“ Hallův jev: + + + I Fe b + EH Fm - - - - d Pozn.: neuvažujeme rozptyl. • Dále: • Kvantový • Spinový Hallův rozptylový faktor

  14. ZAHŘÍVÁME + - - p-typ n-typ + - + + - U Termoelektřina – TE jevy • Thomsonův • Seebeckův • Peltierův 2. 3. OCHLAZOVÁNÍ + - - p-typ n-typ + - + - - -

  15. Peltierův článek

  16. Termoelektřina – TE materiály ZT-parametr Maximální účinnost TE generátoru Teplotní závislost Z a ZT-parametru pro vybrané materiály

  17. Mottova rovnice aneb Dobrý termoelektrický materiál hustota stavů pohyblivost

  18. Moderní TEs - Nanorozměr „Tam dole je spousta místa.“ (R. P. Feynman) • nano – 10-9(1 nanometr = 0,000000001 m)

  19. Termoelektřina – Aplikace • Peltierův jev – chlazení: • součástek, krevní plasmy a sér, autocamping • Seebeckův jev: • Měření: • Teploty (termočlánky) • TE generátory: • solární kolektory (nepřímá přeměna slunečního záření), vesmírné sondy • Budoucnost: • Úplné či částečné nahrazení alternátoru, rodinné domky, hodinky, ?????????????

  20. Shrnutí - Závěr • Co by jste měli vědět? • Všechno! • Atom – orbitaly • Pásová teorie – asi to tak bude • Krystaly – fakt pěkný • Transportní vlastnosti – hromada vzorců a obrázků • Termoelektřina – to chci domů • OTÁZKY???

  21. Literatura – Použitá a Doporučená [1] Stephen Hawking: Stručná historie času v obrazech, ARGO 2002 (obrázek modelu atomu) [2] D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Vysokoškolská učebnice obecné fyziky, VUTIUM-PROMETHEUS 2006 (pěkně zpracovaný soubor knížek)

  22. THE END • Čestmír Drašar • cestmir.drasar@upce.cz, http://kf.upce.cz • Patrik Čermák • patrik.cermak@email.cz, www.pcermak.webnode.cz Přednáška byla konána pod záštitou Fyzikálního klubu: www.fyk-spse.tk

More Related