Termoelektřina aneb fyzika pevných látek v praxi

Prezentace na téma: "Termoelektřina aneb fyzika pevných látek v praxi"— Transkript prezentace:

1 Termoelektřina aneb 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 Transportní vlastnosti
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 – Chadwickův planetární model atomu 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

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

8 Pásová teorie pevných látek
N atomů = N hladin Orbitaly jednotlivých atomů Pásy kovového sodíku Kondenzace sodíkových atomů – vznik energetických pásů r0 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

9 Pásová teorie pevných látek
Orbitaly jednotlivých atomů Pásy kovového sodíku Eg KOV POLOVODIČ IZOLANT Eg

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

11

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

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

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

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

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

17 Peltierův článek

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

19 Dobrý termoelektrický materiál
Mottova rovnice aneb Dobrý termoelektrický materiál hustota stavů pohyblivost

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

21 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, ?????????????

22 OTÁZKY??? 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???

23 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)

24 Přednáška byla konána pod záštitou Fyzikálního klubu:
THE END Čestmír Drašar Patrik Čermák Přednáška byla konána pod záštitou Fyzikálního klubu: