Японские исследователи впервые наблюдали поперечный эффект Томсона, и это может оказаться новаторским.
Термоэлектрический модуль Зеебека (термоэлектрический генератор) производства компании TECTEG MFR.
Gerardtv
Исследователи из Японии впервые наблюдали поперечный эффект Томсона — термоэлектрическое явление, позволяющее контролировать направление потоков тепла и холода путем изменения направления магнитного поля.
Научное понимание взаимодействия тепла и электричества зародилось в XIX веке. В то время физики лишь теоретически предполагали существование поперечного эффекта Томсона, определяющего направление электрического тока и градиент температуры. Теперь же японские физики впервые доказали его существование.
Представьте себе устройство, которое могло бы активно переключаться между нагревом и охлаждением определённой области, изменяя магнитное поле, вместо того, чтобы разделять нагревательный и охлаждающий блоки или менять направление тока, как в случае с элементами Пельтье. Это могло бы стать революционным решением.
Все дело в угле.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, группа исследователей под руководством Ацуши Такахаги из Университета Нагои и Кен-ичи Учиды из Токийского университета сообщила о «наблюдении поперечного эффекта Томсона в полуметаллическом сплаве Bi88Sb12 с помощью термоэлектрической визуализации».
«Наши эксперименты и анализы выявили существенную разницу между обычным и поперечным эффектом Томсона», — продолжили авторы исследования.
«В то время как первый зависит исключительно от температурной производной коэффициента Зеебека, второй — от температурной производной и величины коэффициента Нернста. Наблюдение поперечного эффекта Томсона открывает новую концепцию для технологий активного терморегулирования».
У физиков возникли трудности с наблюдением поперечного эффекта Томсона из-за мешающих конкурирующих тепловых эффектов Пельтье и Эттингсгаузена, продолжил Phys.
Изменение материала
Однако исследователи использовали полуметаллический проводник на основе висмута и сурьмы, что отчасти объясняет, почему этот эффект не удавалось достичь ранее, согласно данным IFLScience. Они выбрали его из-за сильного эффекта Нернста в области комнатной температуры, согласно Phys.
Они наблюдали нагрев и охлаждение листа Bi88Sb12 при подаче электрического тока и магнитного поля под перпендикулярными углами. Этот материал, в частности, хорошо подходил для достижения желаемых эффектов. Поскольку ток протекал в материале продольно, они прикладывали тепло к боковой стороне, а не к концам, и направляли магнитное поле сверху.
Чтобы обойти проблему изоляции сигнала, японские исследователи сообщили Phys.com, что они использовали инфракрасную камеру для наблюдения за термической реакцией образца при подаче на него периодического электрического тока.
«Извлекая из полученных тепловых изображений компонент модуляции температуры, который колеблется на той же частоте, что и приложенный ток, мы смогли выделить термоэлектрические сигналы из джоулева нагрева».
Как только они поняли, что пространственное распределение поперечного эффекта Томсона отличается от других конкурирующих эффектов, они смогли провести измерения с температурным градиентом и без него, продолжил Физ. «Затем они вычли результаты, чтобы выделить чистый поперечный сигнал Томсона».
Они обнаружили, что могут переключаться между нагревом и охлаждением, изменяя направление магнитного поля, что их удивило, и это может улучшить производительность поперечных термоэлектрических охлаждающих устройств.
Теперь исследователи намерены продолжить поиск материалов, наиболее благоприятствующих созданию поперечного эффекта Томсона, который, по заключению исследователей Phys.com, станет «важным направлением для будущих исследований».
Прочитайте исследование в журнале Nature Physics.
Sourse: interestingengineering.com
