تبدیل گرما به برق

به گزارش تاسیسات نیوز، پیش بینی انتقال حرارت تابشی بین اشیاء بسیار نزدیک در 50 سال گذشته دست نیافتنی بوده است.

در حال حاضر ریاضی دانان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) فرمولی برای تعیین بیشترین مقدار گرمای مبادله شده بین دو شیء که با فاصله کمتر از عرض یک مو از همدیگر قرار گرفته اند به دست آورده اند.

برای دو شیء که فاصله بین انها در حد چند نانومتر است، فرمول می تواند بر اساس دو پارامتر برای محاسبه بیشترین گرمایی که می تواند به شیء دیگر منتقل شود استفاده شود: اشیاء از چه جنسی ساخته شده اند و فاصله آنها از همدیگر چقدر است.

 

 

این فرمول به مهندسان در شناسایی مواد و طرح های مناسب برای وسایل کوچک و ظریف مثل سطوح ترموفوتوولتاییک که انرژی گرمایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند و سیستم های سرمایش برای تراشه های کامپیوتری کمک می کند.

 

 

دانشمندان از فرمول خود برای محاسبه بیشترین انتقال حرارت بین دو صفحه فلز با فاصله دو نانومتر از هم استفاده کرده و دریافتند ساختارها می توانند بیشتر از حد فعلی گرما منتقل کنند.

 

 

آون مایلر، دستیار پروژه در دانشکده ریاضی، می گوید: «این فرمول چیزی است که ما باید به دنبال ان باشیم. اگر بهبودهایی در این نوع انتقال حرارت رخ دهد تفاوت قابل توجهی در ترموفوتوولتاییک ها به وقوع خواهد پیوست.»

 

 

از 1800 به بعد دانشمندان از قانون استفان-بولتزمن برای محاسبه بیشترین مقدار گرمایی که یک شیء می تواند به دیگری منتقل کند استفاده کرده اند. این بیشترین انتقال حرارت تنها به دمای دو جسم بستگی دارد و تنها زمانی حاصل می شود که بسیار مات باشند و کل گرمایی که به آنها تابیده می شود جذب کنند.

 

 

با این وجود برای اجسام کوچک تر از طول موج گرما، حدود 8 میکرومتر- تئوری های انتقال حرارت قبلی دانشمندان دیگر کار نمی کند. در واقع مشخص است که در مقیاس نانو، مقدار گرمای منتقل شده بین اجسام بیشتر از چیزی است که با محدوده جسم سیاه پیش بینی می شود.

 

 

مایلر و همکارانش فرمولی برای تعیین بیشترین انتقال حرارت بین دو شیء بسیار نزدیک به دست آوردند.

بدین منظور آنها از یک مول موجود استفاده کردند که انتقال حرارت تابشی را به صورت جریان های الکتریکی جاری در دو شیء توضیح می دهد. این جریان ها از دی پلهای الکتریک در حال نوسان هر شیء یا توزیع بارهای مثبت و منفی آن ناشی می شود.

 

 

معادله قابل تعمیم بوده و می تواند بدون توجه به شکل برای هر دو شی استفاده شود. دانشکندان دو پارامتر را وارد معادله کردند: فاصله و ویژگی های خاص هر ماده، بیشترین مقدار جریان الکتریکی که در یک ماده مشخص ساخته می شود.

 

 

مهندسان می توانند از این فرمول برای شناسایی بهترین ترکیب ممکن و جهت مواد برای بهینه سازی انتقال حرارت در وسایل نانو مثل ترموفوتوولتاییک ها استفاده کنند.

 

 

 

 

 

انتهای خبر