Hiệu ứng nhiệt điện lần đầu tiên được phát hiện có trong chất lỏng
24/06/2024 24
Nhiệt điện lỏng có thể được sử dụng để tạo ra các thiết bị mới nhằm thu hồi năng lượng từ nhiệt thải và những hiểu biết sâu sắc từ nghiên cứu này có thể giúp cải thiện thiết kế của pin kim loại lỏng.
Dựa trên cơ sở vật lý được quan sát lần đầu tiên cách đây hơn 200 năm, các thiết bị nhiệt điện có thể chuyển đổi năng lượng nhiệt thành năng lượng điện và ngược lại. Trong suốt thời gian đó, hiện tượng nhiệt điện chưa bao giờ được quan sát thấy trong một hệ toàn chất lỏng. Nhưng nay các nhà khoa học tại École Normale Supérieure (Pháp) vừa công bố họ quan sát thấy nhiệt điện ở bề mặt tiếp xúc giữa hai kim loại lỏng.
Cụ thể, nhà vật lý Christophe Gissinger và cộng sự đã nghiên cứu tính chất vật lý cơ bản của kim loại lỏng và ứng dụng của chúng trong pin. Ông Gissinger cho biết các nhà khoa học hầu như không biết gì về sự chênh lệch nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến dòng điện trong chất lỏng dẫn điện. Gissinger nói rằng ông chợt nhận ra rằng các lớp dẫn điện trong pin kim loại lỏng tương tự như các thiết bị nhiệt điện. Vì vậy ông quyết định tìm kiếm nhiệt điện trong kim loại lỏng.
Ảnh 3D mô tả hiệu ứng
Gissinger và cộng sự đã chọn hai kim loại ở dạng lỏng ở nhiệt độ phòng: gali và thủy ngân. Các thí nghiệm được thực hiện trong một hình trụ có vách ngăn lạnh. Ở giữa hình trụ, các nhà khoa học đặt một lò sưởi hình trụ nhỏ hơn. Họ đổ thủy ngân lỏng đậm đặc vào hình trụ bên ngoài, sau đó phủ lên trên một lớp gali lỏng nhẹ hơn. Họ làm nóng chất lỏng từ bên trong và làm mát thành ngoài của hình trụ, tạo ra một dải nhiệt độ dọc theo bề mặt phân cách giữa hai kim loại. Dây dẫn nhúng vào kim loại lỏng đo điện trường thu được.
Các nhà khoa học đã quan sát thấy một dòng điện hỗn loạn, phức tạp phản ứng với sự chênh lệch nhiệt độ. Dòng điện chạy qua thủy ngân từ phía nóng đến phía lạnh, sau đó đi qua bề mặt phân cách vào gali. Từ đó, dòng điện chạy từ mặt lạnh của gali sang mặt nóng, rồi quay trở lại thủy ngân… theo một vòng tròn. Ông Gissinger cho biết có nhiều vòng như vậy ở bề mặt tiếp xúc giữa các kim loại.
Dòng điện vòng đơn giản này tương tự như những gì được thấy trong chất rắn, nhưng nó không phải là toàn bộ bức tranh. Ngoài ra còn có những điểm trì trệ, những nơi không có mật độ dòng điện dọc theo bề mặt phân cách. Theo ông Gissinger, điều này không xảy ra ở chất rắn, và có thể là do dòng nhiệt hỗn loạn, phi tuyến trong chất lỏng. Mật độ dòng điện rất lớn so với mật độ trong một hệ thống làm bằng kim loại rắn đã gợi ý cho Gissinger rằng nhiệt điện lỏng này có thể được khai thác trong các thiết bị mới, hiệu suất cao để chuyển nhiệt thải thành điện năng.
Gissinger cho biết ông cho rằng trước đây các nhà khoa học chưa từng quan sát thấy nhiệt điện trong chất lỏng vì việc đo lường nó rất khó khăn và vì họ không quan sát. Ở nhiệt độ cao cần thiết để hóa lỏng hầu hết các kim loại, việc kiểm soát chính xác độ dốc nhiệt độ sẽ khó khăn hơn, việc đo các điện áp vi mô gây ra bởi các hiệu ứng nhiệt điện khi nguồn nhiệt được bật cũng sẽ khó hơn. Nghiên cứu kim loại ở dạng lỏng ở nhiệt độ phòng là chìa khóa.
Những phát hiện này cũng có thể có ý nghĩa đối với khoa học hành tinh. Ông Gissinger nói: “Khi phát hiện ra hiệu ứng này, chúng tôi đã cố gắng tưởng tượng trong những tình huống nào có một bề mặt tiếp xúc giữa hai chất lỏng dẫn điện và sự chênh lệch nhiệt độ dọc theo nó”. Nhóm của ông đưa ra giả thuyết rằng những hiệu ứng này có thể góp phần tạo ra từ trường của Sao Mộc. Lõi của hành tinh này được bao quanh bởi một vùng lớn hydro kim loại, được bao phủ bởi bầu không khí hydro phân tử lỏng. Đường xích đạo của hành tinh này ấm hơn các cực của nó, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ dọc theo bề mặt tiếp xúc hydro-lỏng kim loại.
Hòa Thuận (CESTI) - Theo IEEE Spectrum