اثر سیبک (seebeck Effect) پدیده‌ای است که از تماس دو فلز متفاوت نیمه هادی یا فلز و نیمه هادی، الکتریسیته رخ می‌دهد. دو فلز در مدار قرار دارند و این اتفاق به دلیل اختلاف دما بین آن‌ها است. در واقع، با ایجاد اختلاف دمایی بین دو رسانا یا نیمه رسانا الکتریکی ناهمسان، اختلاف پتانسیل بین آن‌ها ایجاد می‌شود. این پدیده برای کار ژنراتورهای ترموالکتریک استفاده می‌شود که به نام ژنراتور seebeck شهرت دارد. این دستگاه‌های به حالت جامد، تفاوت دمای ایجاد شده را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. سنجش حرارت یکی از مجموعه‌های معتبر در زمینه ارائه تجهیزات صنعتی است. در این مجموعه می‌توانید محصولات مناسب اندازه گیری دما را مشاهده و با بالاترین کیفیت خریداری کنید.
نظریه پدیده سیبک (Seebeck)
نظریه اثر سیبک برای اولین بار توسط فیزیکدان آلمانی توماس یوهان سیبک ارائه شد. این اتفاق جز یکی از سه تغییرات رایجی است که طی تاثیرات ترموالکتریک رخ می‌دهد. هنگام اتصال هادی‌های دارای اختلاف پتانسیل، ذرات باردار موجب تشکیل جریان می‌شود.
تبدیل اختلاف دمای بین دو رسانای الکتریکی غیر مشابه یا نیمه هادی به پتانسیل الکتریکی، اثر ترموالکتریک رخ می‌دهد. در صورتی که هادی با اختلاف پتانسیل با یک اتصال الکتریکی در تماس باشد، جریان ذرات باردار شکل می‌گیرد. در موارد معکوس، اختلاف پتانسیل بین دو رسانای الکتریکی متفاوت موجب اختلاف دما در محل اتصال می‌شود.
اثر سیبک نیز به همین شکل است. پتانسیل الکتریکی ایجاد شده در انتهای هر قسمت قابل اندازه گیری است. نیمه‌های هادی به نوع n و نوع p شناخته می‌شود که به منبع مشترک تامین گرما متصل است. در سمت دیگر نیمه هادی دمای کمتری قرار دارد و یک گرادیان حرارتی به وجود می‌آید. الکترون‌هایی که در انتهای داغ نوع رسانا از نوع n قرار دارند، انرژی حرارتی را از منبع دریافت می‌کنند. الکترون‌های قسمت داغ رسانا با دریافت انرژِ حرارتی به سمت سرد روانه می‌شوند. انتهای داغ با چگالی پایین دارای بار است، در حالی که قسمت سرما چگالی بیشتری دارد. چنین ایجاد باری، موجب تشکیل میدان الکتریکی در محل اتصال می‌شود. با استفاده از یک هادی در دو انتهای محل اتصال، بارها جریان پیدا می‌کنند و جریان الکتریکی به وجود می‌آید.
اثر ترموالکتریک
ترموکوپل به طور مستقیم اختلاف دما را به ولتاژ الکتریکی و برعکس تبدیل می‌کند. هنگام بروز تفاوت دما در هر دو طرف جسم، دستگاه ترموالکتریک ولتاژ ایجاد می‌کند و برعکس. هنگامی که ولتاژ اعمال می‌شود، گرما از سمتی به سمت دیگر انتقال می‌یابد و اختلاف دما شکل می‌گیرد. طبق مقیاس اتمی، ایجاد یک گرادیان درجه حرارت موجب انتقال حامل‌های بار از سمت گرم به سمت سرد می‌شود. از این اتفاق، برای تشکیل برق، اندازه گیری دما یا تغییر دمای اجسام استفاده می‌کنند.
به خاطر وابستگی ولتاژ به جهت گرمایش و سرمایش، از دستگاه ترموالکتریک برای کنترل کننده دما می‌توان استفاده کرد. این اثر از سه اثر مختلف شامل اثر سیبک، اثر پلتیه و اثر تامسون به حساب می‌آید. ترموکوپل اختلاف پتانسیل دو سر گرم و سرد دو ماده غیر مشابه را اندازه گیری می‌کند. این پدیده برای اولین بار توسط دانشمند ایتالیایی کشف شد.
کاربردهای Seebeck
• اثر سیبک در ژنراتورهای ترموالکتریک کاربرد دارد. ژنراتورهای ترموالکتریک حضور پررنگی در نیروگاه‌ها دارند که کارشان تبدیل گرمای اضافی به الکتریسیته است.
• واقع سیبک در خودروها نیز وجود دارد که از آن به عنوان ژنراتور خودرو یا ژنراتور ترموالکتریک خودرو استفاده می‌کنند. بدین شکل، بازده سوخت ارتقا می‌یابد.
• این اثر در ترموفیل نیز قابل استفاده است. ترموفیل از تعداد ترموکوپل‌هایی که به حالت سری به یکدیگر متصل هستند تشکیل می‌شود.
• از دیگر کاربردهای سیبک می‌توان به ترموکوپل اشاره کرد. این ابزار الکتریکی از دو فلز یا رسانای مختلف ساخته می‌شود که دو دمای مختلف بین آن‌ها ایجاد می‌شود. کاربرد آن نیز برای اندازه گیری اختلاف پتاسیل به وجود آمده بین دو هادی است.
ضریب سیبک
این ضریب بیانگر پارامتری است که ولتاژ ایجاد شده بر اثر تغییر دمای مشخص در طول سیم را بیان می‌کند. هر کدام از متریال‌ها دارای ضریب سیبک متفاوتی هستند. در مواقعی که این ضریب در تمام نقاط سیم در دمای ثابت یکسان است، سیم برای ترموکوپل جهت اندازه گیری دما باعدم قطعیت پایین قابل استفاده است. اما با گذشت زمان و استفاده مداوم در دماهای بالا، ضریب سیم تغییر می‌یابد. دلیل این اتفاق می‌توان آلودگی، اکسیداسیون و عوامل دیگری باشد. همچنین در صورت تحت تاثیر قرار گرفتن بخش‌های مختلف سیم، احتمال بروز این اتفاق وجود دارد. چراکه هر کدام از بخش‌های ترموکوپل در دمای خاصی قرار دارد.
مطالعه اثر Seebeck
با گرم شدن یک ماده، حامل‌ها شکل می‌گیرند. به دلیل‌عدم ایجاد هیچ حاملی در انتهای سرد شده، تعادل چگالی حامل مختل می‌شود. حامل از انتهای گرم شده به انتهای سرد شده منتقل می‌شود. در مواقعی که مقدار بیشتر حامل در انتهای خنک کننده حضور می‌یابند، حرکت بیشتر حامل غیرممکن است. از سمت دیگر، حامل‌های بیرون زده از انتهای گرمایش، دارای علامت مخالف هستند. پس با ایجاد اختلاف پتانسیل بین انتهای گرمایش و انتهای خنک کننده، اثر seebeck اتفاق می‌افتد. اگر در این شرایط انتهای گرمایش و خنک کنند را به یک هادی و اعمال بار وصل کنیم، الکتریسیته بدست می‌آید.
نتیجه گیری
اثر سیبک در مواقعی که از پتانسیل الکتریکی استفاده می‌شود برای دستیابی به تغییرات خالص دما و تعیین پارامترها مفید است. این پتانسیل الکتریکی در انتهای گرم و سرد قابلیت اندازه گیری دارد. در مواقعی که یک رسانا برای اتصال دو سر اجرا می‌شود، بارها عبور می‌کنند و جریان الکتریکی شکل می‌گیرد.
