ઉષ્માવિદ્યુત ઉપકરણો

ઉષ્માવિદ્યુત ઉપકરણો (thermoelectric devices) : ઉષ્માનું સીધું વિદ્યુતમાં રૂપાંતર કરનાર તથા યોગ્ય પદાર્થમાંથી વિદ્યુત પસાર કરીને શીતન ઉત્પન્ન કરનાર ઉપકરણો. થરમૉકપલ, થરમૉપાઇલ, ઉષ્માવિદ્યુત જનરેટર તથા રેફ્રિજરેટર આ પ્રકારનાં ઉપકરણો છે. તે ઉષ્માવિદ્યુત અસરો પર આધારિત હોય છે. ઉષ્માવિદ્યુત અસરો વાહક ઘનપદાર્થમાં, ઉષ્માવહન અને વિદ્યુતવહન વચ્ચે થતી પરસ્પર ક્રિયા સાથે સંકળાયેલી અસરો છે. ઉષ્માવિદ્યુત અસરોના ત્રણ મુખ્ય પ્રકાર છે : (1) સિબૅક, (2) પેલ્તિયર અને (3) થૉમસન.

(1) સિબૅક અસર : જર્મન વૈજ્ઞાનિક થૉમસ જોહાન સિબૅકના નામ સાથે સંકળાયેલી આ અસરની 1821માં શોધ થઈ હતી. બે જુદી જુદી ધાતુના છેડાનું સંધાન (welding) કરીને, વિદ્યુતપરિપથ બનાવી, જોડાણો(junction)ના તાપમાન વચ્ચે તફાવત ઉત્પન્ન કરતાં, તે પરિપથમાં એક વિદ્યુતચાલકબળ અને તેને કારણે એક વિદ્યુતપ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે. આવી રચનાને થરમૉકપલ કહે છે. ઉદભવેલ વિદ્યુતચાલકબળને અને વિદ્યુતપ્રવાહને અનુક્રમે ઉષ્માવિદ્યુત ચાલકબળ (thermoelectromotive force) અને ઉષ્માવિદ્યુતપ્રવાહ (thermoelectric current) કહે છે.

પ્રત્યેક અંશ સેલ્સિયસ તાપમાનના તફાવતને કારણે ઉદભવતા આ બળને સિબૅક અંક ‘S’ કહે છે અને તે વોલ્ટ/^oસે. વડે દર્શાવાય છે. Sનું મૂલ્ય પદાર્થના ગુણધર્મ પર આધારિત હોય છે અને તેને સામાન્યત: માઇક્રો વોલ્ટ (1 માઇક્રો વોલ્ટ = 10^–6 વોલ્ટ) દર ^oસે.માં માપવામાં આવે છે.

(2) પેલ્તિયર અસર : આ અસરની શોધ 1834માં જીન ચાર્લ્સ આલ્થાનો પેલ્તિયર નામના વૈજ્ઞાનિકે કરી હતી. બે જુદી જુદી ધાતુના બનેલા થરમૉકપલમાં બહારથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરવામાં આવે ત્યારે બેમાંનું એક જોડાણ ગરમ થાય છે અને બીજામાં ઉષ્માનું શોષણ થવાથી તે ઠંડું થાય છે. જોડાણના ગરમ તેમજ ઠંડા થવાની અસર, વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા પર આધારિત હોય છે. પ્રવાહની દિશા ઉલટાવતાં, જંક્શનો આગળ વિરુદ્ધ અસરો પેદા થાય છે, અને પ્રથમ જે જંક્શન ઠંડું હતું તે ગરમ બને છે અને પ્રથમનું ગરમ જંક્શન ઠંડું બને છે. હકીકતમાં એક જોડાણમાંથી ઉષ્મા લઈને, તેને પંપ કરી, બીજા જંક્શનને આપવામાં આવે છે. પેલ્તિયર અંકને ગ્રીક મૂળાક્ષર π (પાઈ) વડે દર્શાવવામાં આવે છે. S તેમજ π ધન અથવા ઋણ હોઈ શકે અને π = S.T. આમાં T = નિરપેક્ષ તાપમાન ડિગ્રી કેલ્વિનમાં છે. આને કેલ્વિનનો સંબંધ કહે છે. [^oકે = ^oસે + 273]

(3) થૉમસન અસર : જ્યારે એક જ ધાતુમાં આવેલાં બિંદુઓ જુદાં જુદાં તાપમાને હોય, એટલે કે ધાતુમાં તાપમાન-પ્રવણતા (temperature gradient) હોય, ત્યારે તેમાં વિદ્યુતવિભવ ઉત્પન્ન થાય છે. તેને થૉમસન અસર કહે છે. આ ધાતુમાં બહારથી વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર કરવામાં આવે ત્યારે ધાતુમાંના વિદ્યુતવિભવને કારણે, ઉષ્માનું શોષણ કે ઉત્સર્જન થાય છે. વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા ઉલટાવતાં આ ઘટના પણ ઊલટાઈ જાય છે. આમ, આ અસર ઉત્ક્રમણીય (reversible) છે.

[નોંધ : આ અસરો ઉપરાંત એક બીજી અસર પણ પ્રચલિત છે, જે ‘જૂલ અસર’ તરીકે જાણીતી છે. તેમાં ઉત્પન્ન થતી ઉષ્મા, વાહકમાંથી પસાર થતા વિદ્યુતપ્રવાહના વર્ગના સમપ્રમાણમાં હોય છે. વળી ઉપર જણાવેલ ત્રણે ઉષ્માવિદ્યુત અસરો કરતાં આ અસર એ રીતે જુદી પડે છે કે તે વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા ઉપર લેશમાત્ર આધારિત હોતી નથી.]

થરમૉકપલ : થરમૉકપલમાં, બે જુદી જુદી ધાતુના જોડાણમાં તાપમાનનો તફાવત ઉત્પન્ન કરતાં, સિબૅક અસરને કારણે વિદ્યુત-ચાલકબળ ઉદભવે છે. તેનું મૂલ્ય વોલ્ટમિટરની મદદથી માપી શકાય છે. સૌપ્રથમ જાણીતા મૂલ્યના તાપમાનના તફાવત માટે થરમૉકપલને અંકિત (calibrate) કરીને, આપેલા પદાર્થનું તાપમાન માપી શકાય છે, તેમાં લાંબા તારનો ઉપયોગ વધુ અનુકૂળ હોય છે. થરમૉકપલ બનાવતી બે ધાતુમાં એક તાંબું અને બીજી કૉન્સ્ટન્ટન (60 % તાંબું અને 40 % નિકલથી પ્રાપ્ત થતી મિશ્ર ધાતુ) હોય છે. તેના એક જોડાણનું તાપમાન 0^o સે. નિયત રાખીને, બીજાના તાપમાનમાં વધારો કરી, 100^o સે. રાખવામાં આવે ત્યારે વોલ્ટમિટર વડે મપાતો વિદ્યુતવિભવ 4.28 માઇક્રોવોલ્ટ (10^–6 વોલ્ટ) જેટલો હોય છે. 1,700^o સે. તાપમાન માપવા માટે પ્લૅટિનમ-રહોડિયમ (પ્લૅટિનમ 13 %) થરમૉકપલ વપરાય છે. તાપમાનની મર્યાદા અનુસાર થરમૉકપલની ધાતુઓની પસંદગી કરવામાં આવે છે. 1,000^o સે. સુધીનું તાપમાન માપવા માટે અપધાતુ (base metal) અને તેના મિશ્રણવાળા થરમૉકપલ વપરાય છે. તે અંગેની માહિતી નીચે પ્રમાણે છે :

1. તાંબું અને કૉન્સ્ટન્ટન થરમૉકપલ…. −200^oથી 400^o સે.
2. લોખંડ અને કૉન્સ્ન્ટન્ટન થરમૉકપલ…. 0^oથી 800^o સે.
3. ક્રોમેલ અને એલ્યુમેલ થરમૉકપલ…. 0^oથી 1,200^o સે.

[ક્રોમેલ = 90 % નિકલ અને 10 % ક્રોમિયમ, એલ્યુમેલ = 95 %

નિકલ અને 5 % ઍલ્યુમિનિયમ તથા સિલિકન]

1,000^o સે. કરતાં ઊંચું તાપમાન માપવા માટે ઉમદા (noble) ધાતુ અને તેમના મિશ્રણવાળાં થરમૉકપલ વપરાય છે. તેની માહિતી નીચે પ્રમાણે છે :

1. પ્લૅટિનમ અને પ્લૅટિનમ-ઇરિડિયમ થરમૉકપલ….. 1,000^o સે.
2. પ્લૅટિનમ અને પ્લૅટિનમ-રહોડિયમ થરમૉકપલ….. 1,700^o સે.

પ્રયોગશાળામાં તેમજ ફૅક્ટરીમાં તાપમાન માપવા તેમજ નિયંત્રણ કરવા માટે ધાતુનાં થરમૉકપલ વપરાય છે. થરમૉકપલના ફાયદા નીચે પ્રમાણે છે :

1. ભઠ્ઠીનું અથવા દુર્ગમ જગ્યાનું તાપમાન માપવા માટે તે અનુકૂળ છે.
2. ગરમ પદાર્થના જે ભાગનું તાપમાન મેળવવું હોય તે, સંપર્ક દ્વારા જલદી મેળવી શકાય છે.
3. ઉપર દર્શાવેલ હકીકતના કારણે, બદલાતું રહેતું તાપમાન પણ ચોકસાઈથી માપી શકાય છે.
4. તાપમાનના માપ માટેની મર્યાદા ખૂબ મોટી, એટલે કે -200^o સે.થી 1,700^o સે. સુધીની મળે છે.
5. ઓછાં ખર્ચાળ અને બનાવવામાં સરળ છે.

થરમૉકપલમાં એક ગેરફાયદો એ છે કે તાપમાનના માપ માટે, દરેક થરમૉકપલનો, જાણીતાં તાપમાનો માટે સૌપ્રથમ અંકિત કરવું પડે છે. ત્યારબાદ અંકના ઉપરથી તાપમાનનું મૂલ્ય પરોક્ષ રીતે મેળવી શકાય છે.

થરમૉપાઇલ : વિદ્યુત દ્વારા શ્રેણીમાં અને ઉષ્મીય દ્વારા સમાંતરમાં જોડેલાં થરમૉકપલોના સમૂહને થરમૉપાઇલ કહે છે. થરમૉકપલનાં બધાં એક તરફનાં જોડાણને કાળા રંગનાં રાખવામાં આવે છે. કાળો પદાર્થ તેના ઉપર આપાત થતી બધી જ ઉષ્માનું સંપૂર્ણપણે શોષણ કરતો હોવાથી, આ જોડાણો ગરમ થાય છે. બીજી તરફનાં જોડાણો ઓરડાના તાપમાને હોય છે. આમ જોડાણના તાપમાનમાં તફાવત ઉત્પન્ન થવાથી સિબૅક અસર અનુસાર વિદ્યુતચાલકબળ પેદા થાય છે. જોડાણોની ગોઠવણી એવી રીતે કરેલી હોય છે કે તેનાથી ઉદભવતાં બધાં જ ઉષ્માચાલક બળોની દિશા એક જ હોવાથી તેમનો સરવાળો થાય છે અને માપી શકાય તેવો વિદ્યુતપ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે. થરમૉપાઇલની મદદથી ઉષ્માવિકિરણનું અસ્તિત્વ જાણી શકાય છે. થરમૉપાઇલનું અંકન કરવામાં આવે તો વિકિરણનું માપ પણ મેળવી શકાય છે.

ઉષ્મા–વિદ્યુત જનરેટર : ક્ષમતા કરતાં કરકસર અને સરળતાને મહત્વ આપવાનું હોય, ત્યાં ધાતુનાં થરમૉપાઇલ વપરાય છે. વીજળી ઉપલબ્ધ ન હોય તેવા દૂરના વિસ્તારોમાં ટેલિફોન રિપીટર માટેની વિદ્યુતઊર્જા, પ્રોપેન વાયુના દહનમાંથી મળતી ઉષ્મા અને ધાતુના અનેક તાર વડે રચવામાં આવેલ ઉષ્મા-વિદ્યુત જનરેટર દ્વારા મેળવવામાં આવી હતી. 1954માં આ પ્રયોગ વડે 0.5 ક્ષમતાથી થોડા વૉટ જેટલી વિદ્યુતશક્તિ પ્રાપ્ત થઈ. દશ વર્ષ બાદ, આ પ્રકારના જ પ્રયોગમાં અર્ધવાહક (semi conductor) તાપ-વિદ્યુતક (thermo-element) વાપરીને, 5 % ક્ષમતાથી 200 વૉટ જેટલી વિદ્યુતશક્તિ ઉત્પન્ન કરી શકાઈ હતી. પ્રોપેન ટાંકીને વર્ષમાં બે વાર ભરી શકાય તેટલી ઊંચાઈ ધરાવતા પર્વતની ટોચ પર આવેલા માઇક્રોવેવ રિપીટર માટેનો વીજળીનો પુરવઠો, આ જનરેટર પૂરો પાડે છે.

ઉષ્માનું વિદ્યુતમાં રૂપાંતર કરનારા રૂઢિગત જનરેટર કરતાં ઉષ્મા-વિદ્યુત જનરેટર વધુ લાભદાયી છે. તે માટેનાં કારણો નીચે પ્રમાણે છે :

1. ઉષ્મા-વિદ્યુત જનરેટરમાં ઘૂમતા (rotating) ભાગો ન હોવાથી, તેને ઘસારો લાગતો નથી અને તેથી નિભાવખર્ચ નહિવત્ હોય છે.
2. આવાં જનરેટર અવાજરહિત અને કંપનમુક્ત હોય છે.
3. તેમની ક્ષમતામાં ઘટાડો કર્યા વિના તેમનું કદ નાનું બનાવી શકાય છે. [વરાળ-જનરેટરનું કદ ઘટાડતાં તેની ક્ષમતામાં ખૂબ જ ઘટાડો થતો હોય છે.]

ઘરવપરાશમાં ઉપયોગમાં લેવાતાં કેરોસીન-ફાનસનો ઉપયોગ આમ તો પ્રકાશ મેળવવા માટે થાય છે. તેની ચિમની આસપાસ એક નળાકાર તાપવિદ્યુતક રાખવામાં આવે તો આ તાપવિદ્યુતકનું અંદરનું જોડાણ ગરમ વાયુ દ્વારા ગરમ થાય છે. બહારના જોડાણને ઠંડું રાખવા માટે, શીતન માટેનાં, મોટા ક્ષેત્રફળવાળાં પાંખિયાં વાપરવામાં આવે છે. આમ લગભગ 300^o સે. જેટલો તાપમાનનો તફાવત મેળવી શકાય છે અને તેની મદદથી રેડિયો-સેટ ચલાવવા માટેની જરૂરી વિદ્યુતશક્તિ પેદા કરી શકાય છે. દૂરના પ્રદેશોમાં વિદ્યુતપ્રાપ્તિ માટે આવાં જનરેટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

10 વૉટથી 100 વૉટની મર્યાદામાં કામ આપતાં વિદ્યુત જનરેટર ઘણી કંપનીઓએ બનાવેલાં છે. તેમાં ઉષ્મા ઉત્પન્ન કરનાર ઈંધણ તરીકે પ્રોપેન, કેરોસીન, ગૅસોલીન અને જ્યોતરહિત કૅટેલાઇટ બર્નરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. તાપવિદ્યુતક અંશ તરીકે બિસ્મિથ ટેલ્યુરાઇડ, લેડ ટેલ્યુરાઇડ અથવા સિલિકન-જર્મેનિયમનાં મિશ્રણો હોય છે અને કાર્યકારી તાપમાન-વિસ્તારને ધ્યાનમાં રાખીને તેમની પસંદગી કરવામાં આવે છે. ઘણા દેશોમાં આ પ્રકારનાં જનરેટરોનો સંદેશાવ્યવહારમાં ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

ધાતુનું ક્ષારણ (corrosion) વિદ્યુત-રાસાયણિક ક્રિયા છે. ક્ષારણ પામતી ધાતુને યોગ્ય વિદ્યુતવિભવે રાખવાથી આ ક્ષારણ અટકાવી શકાય છે. તેલ/ગૅસ લઈ જતી પાઇપલાઇનને તેમાંના ઇંધનનો અલ્પ પ્રમાણમાં ઉપયોગ કરીને જરૂરી વિભવ ઉષ્મા-વિદ્યુત જનરેટર મારફત આપી શકાય છે.

ન્યૂક્લિયર ઊર્જા દ્વારા કામ આપતાં જનરેટર પણ અસ્તિત્વમાં આવેલાં છે. પૃથ્વી પરના તેમજ અવકાશમાંના ઉપયોગ માટે રેડિયો-સમસ્થાનિક(isotope)ના ક્ષય(decay)થી અથવા તો નાના ન્યૂક્લિયર રિઍક્ટર વડે, મળતી ઉષ્માનું વિદ્યુતમાં રૂપાંતર કરવામાં આવે છે. અમેરિકાના SNAP (System for Nuclear Auxiliary Powers) પ્રોગ્રામમાંનાં વિવિધ જનરેટરને, SNAP-3, SNAP-10A વગેરે નામાભિધાન આપવામાં આવેલાં છે. આ પ્રકારના જનરેટરમાં લાંબું અર્ધ-આયુ ધરાવતા રેડિયો-ઍક્ટિવ તત્વને પસંદ કરી, તેને ધાતુના એક નળાકારમાં સીલ કરવામાં આવે છે, જેથી ક્ષય દરમિયાન ઉત્સર્જિત થતા કણ બહાર આવી શકે નહિ. ક્ષય દરમિયાન ઉત્પન્ન થતી ઊર્જાનું શોષણ થવાથી નળાકારનું તાપમાન ઊંચું જાય છે. નળાકારની આસપાસ તાપવિદ્યુતક અંશ વીંટાળેલા હોય છે અને તેમની ફરતે ઠંડક ઉત્પન્ન કરવા માટે શીતન પાંખિયાં હોય છે. ઉષ્માનું હવા અથવા પાણીના વહન દ્વારા કે અવકાશમાં થતા વિકિરણ દ્વારા વિખેરણ (scattering) થતું હોય છે. સ્ટ્રૉન્શિયમ-90, પોલોનિયમ-210, પ્લૂટોનિયમ-218, ક્યુરિયમ-242 જેવાં રેડિયો-સમસ્થાનિકો ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે.

સ્ટ્રૉન્શિયમ-90નો ઈંધણ તરીકે ઉપયોગ કરીને અમેરિકાએ 60 વૉટ વિદ્યુતશક્તિનું એક જનરેટર બનાવેલું છે. આ જનરેટરમાં તરતાં બોયાં (floating buoys) રાખેલું લેડ ટેલ્યુરાઇડ તાપવિદ્યુતક, હવામાનમથકને વિદ્યુતશક્તિ પૂરી પાડે છે. તેના જેવાં જ સ્વયંસંચાલિત જનરેટર, ઉત્તર તેમજ દક્ષિણ ધ્રુવ ઉપર આવેલાં હવામાનમથકોમાં રાખવામાં આવેલાં છે. આખા એકમને બરફમાં દાટી દેવામાં આવે છે. તેની બનાવટ એવા પ્રકારની હોય છે કે કોઈ પણ જાતની સંભાળ વિના બે વર્ષ સુધી તે હવામાનની માહિતી દર છ કલાકે મોકલતું રહે છે. ઇંગ્લૅન્ડમાં પ્લૂટોનિયમ-238 અને સિલિકન-જર્મેનિયમ ઉષ્માતાપક વાપરીને જનરેટર બનાવવામાં આવેલાં છે. તે દુર્ગમ સ્થળે આવેલ માનવસંચાલનરહિત દીવાદાંડીમાંથી તીવ્ર પ્રકાશના પ્રક્ષોભ (pulses) મોકલાવવા માટેની જરૂરી વિદ્યુતશક્તિ પૂરી પાડે છે. 1961માં રેડિયો-સમસ્થાનિકથી ચાલતા જનરેટર વડે ગ્રેપ-ફ્રૂટના કદ જેટલું મોટું એક એવું સાધન બનાવવામાં આવ્યું જેણે પૃથ્વીની પ્રદક્ષિણા કરી. ત્યારબાદ વિવિધ પ્રકારના અવકાશ અનુપ્રયોગો(applications)માં ઘણાં જનરેટર ઉપયોગમાં લેવાયાં. આમાંના એકમાં પ્લૂટોનિયમ-238 અને લેડ ટેલ્યુરાઇડનો તાપવિદ્યુતક તરીકે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો. તેના વડે 2.5 વૉટ જેટલી વિદ્યુતશક્તિ પ્રાપ્ત થઈ. ઉષ્માના ઉદભવસ્થાન તરીકે ન્યૂક્લિયર રિઍક્ટર તથા સિલિકન-જર્મેનિયમ તાપવિદ્યુતકનો ઉપયોગ કરીને, 500 વૉટ કરતાં વધુ વિદ્યુતશક્તિ ઉત્પન્ન કરી શકાઈ છે.

અવકાશ અનુપ્રયોગોના ભાગસ્વરૂપે 1969 અને 1971માં રેડિયો-સમસ્થાનિક ઈંધણ ધરાવતા જનરેટરને ચંદ્રની સપાટી ઉપર મૂકવામાં આવ્યું હતું. તેની દ્વારા ચંદ્રને લગતા પ્રયોગો તેમજ રેડિયો-ટ્રાન્સમિશન પ્રયોગો માટેની જરૂરી વિદ્યુતશક્તિ પૂરી પાડવામાં આવી હતી. આ જનરેટરમાં પ્લૂટોનિયમ-238-લેડ ટેલ્યુરાઇડનું ગરમ જોડાણ 600^o સે. તાપમાને હોય છે. મોટાં પાંખિયાંવાળા બેરિલિયમ રેડિયેટર દ્વારા ઠંડા જોડાણનું તાપમાન 275^o સે. હોય છે. પરિણામસ્વરૂપે આવું જનરેટર 5 % ક્ષમતા સાથે 75 વૉટ વિદ્યુતશક્તિનું પ્રદાન કરે છે. તેમાંથી 65 વૉટ જેટલી વિદ્યુતશક્તિ 10 વર્ષ સુધી મેળવવાની અપેક્ષા રાખી શકાય. [પ્રાપ્ત થતી વિદ્યુતશક્તિમાં 75 વૉટથી 65 વૉટ જેટલો ઘટાડો રેડિયો-ઍક્ટિવ ક્ષય તેમજ વિદ્યુતઉષ્મા સાધનની વિકૃતિઓને કારણે થતો હોય છે.] ચંદ્ર ઉપરના ઉતરાણ દરમિયાન, તેની સપાટીની વૈજ્ઞાનિક માહિતી આપતાં સાધનો માટે જરૂરી વિદ્યુતઊર્જા પૂરી પાડવા માટે ચંદ્રની સપાટી ઉપર આ પ્રકારનાં જનરેટરો રાખવામાં આવેલાં છે.

માનવશરીરમાં ‘પેસમેકર’ નામના વિશિષ્ટ પ્રકારના સ્નાયુકોષ(muscle cells)માં ઉત્પન્ન થતા વિદ્યુત-સ્પંદ હૃદય તરફ જઈ, હૃદયના સંકોચન(ધબકારા)નું નિયંત્રણ કરે છે. કુદરતી ‘પેસમેકર’ની ક્ષમતા ઘટી જાય ત્યારે હૃદયના ધબકારાનું નિયંત્રણ કરવા માટે માનવશરીરમાં કૃત્રિમ ‘પેસમેકર’ ગોઠવવામાં આવે છે. તેને માટે રેડિયો-સમસ્થાનિક જનરેટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આવું ઉપકરણ લગભગ 10 વર્ષ સુધી કામ આપે છે. તેથી તેના દર્દીને વારંવાર ઑપરેશન કરાવવાની કે બૅટરીઓ બદલવાની જરૂર રહેતી નથી.

ઉષ્માવિદ્યુત રેફ્રિજરેટર : ઉષ્માવિદ્યુત રેફ્રિજરેટરના લાભ અને ગેરલાભ જનરેટર જેવા જ છે. વિશેષત: ગતિમય ઘટકોના અભાવે તે વધુ સ્થિરતાવાળું અને ઘોંઘાટરહિત કાર્ય કરી શકે છે. તેની કાર્યક્ષમતા મોટાં યાંત્રિક રેફ્રિજરેટર અથવા ઍર-કન્ડિશનર યંત્રો કરતાં ઓછી હોય છે. ખાસ પ્રકારનાં નાનાં શીતકો (refrigerators) માટે તેની કાર્યક્ષમતા શ્રેષ્ઠ હોય છે.

અમેરિકા, રશિયા, જાપાન, ઇંગ્લૅન્ડ અને અન્ય દેશોની બનાવટનાં ઉષ્માવિદ્યુત શીતનસાધનોમાં બિસ્મથ ટેલ્યુરાઇડની મિશ્ર ધાતુ વપરાય છે. એક તબક્કાનાં શીતકો ઓરડાના તાપમાન કરતાં 70^o સે. જેટલું નીચું તાપમાન પ્રાપ્ત કરે છે. જો મોટા પ્રથમ તબક્કા સાથે બીજો નાનો તબક્કો જોડવામાં આવે તો તાપમાન 100^o સે. જેટલું નીચું જાય છે. આઠ તબક્કાવાળા એક પ્રાયોગિક સાધનની રચના કરવામાં આવી હતી. તેના ત્રણ સૌથી ઠંડા તબક્કામાં બિસ્મથ-ઍન્ટિમની મિશ્ર ધાતુમાં ચુંબકીય રીતે પ્રાપ્ત કરેલ અતિ પ્રબળ (enhanced) પેલ્તિયર અસરનો ઉપયોગ કરવાથી ઓરડાના તાપમાન કરતાં 171^o સે. જેટલું નીચું તાપમાન પ્રાપ્ત થઈ શક્યું હતું.

નાના પાયા ઉપરનું શીતન અને તાપમાન–નિયંત્રણ : વીજાણુશાસ્ત્રમાં ટ્રાન્ઝિસ્ટર, લેઝર, પ્રકાશઉત્સર્જક, ડાયોડ અને માઇક્રોવેવ પેરામેટ્રિક ઍમ્પ્લિફાયર જેવાં ઘનઅવસ્થા સાધનો(solid state devices)ની કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે, સ્થાનશીતકો(spot coolers)નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આગળ જણાવેલ આઠ તબક્કાવાળા શીતકની રચના અતિસંવેદી (ultra-sensitive) નાના ઇન્ફ્રારેડ જ્ઞાપક(detector)ને ઠંડો રાખવા માટે કરવામાં આવી હતી.

તાપમાન-નિયંત્રક સાધનોમાં સક્રિય શીતન (active cooling) તેમજ ગરમી ઉત્પન્ન કરવાનું કાર્ય, તાપવિદ્યુતકમાં વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા બદલવાથી થઈ શકે છે. થરમૉકપલના ઉપયોગમાં ચોક્કસ તાપમાન માપવા માટે, સંદર્ભ જોડાણને 0^o સે. તાપમાને આવેલા પાણી-બરફના મિશ્રણવાળા પાત્રમાં થરમૉકપલને રાખવું પડે છે. વધુ સગવડ ખાતર, આવી રચનાને બદલે, ઉષ્માવિદ્યુત રીતે ઠંડો કરેલો પાણીનો કોષ વપરાય છે, જેમાં બરફ તથા પાણીનું આપમેળે જ નિશ્ચિત મિશ્રણ જળવાય છે. જો આ પાત્રમાંનું પાણી થોડું વધારે ઠંડું થાય તો તેનું કદ વધે છે. કદના વિસ્તારનો ઉપયોગ સ્વિચ તરીકે કરીને બરફ અને પાણીનું ગુણોત્તર જાળવી શકાય છે.

તેલ-પંપિંગવાળા (oil pumped) અવકાશ(vacuum)તંત્રમાં ‘કોલ્ડ ટ્રૅપ’ વાપરીને વધારે સારો અવકાશ મેળવી શકાય છે. ‘કોલ્ડ ટ્રૅપ’ એ ઉષ્માવિદ્યુત રીતે ઠંડા કરેલા પંપ અને અવકાશ ચૅમ્બર વચ્ચે આવેલો ભાગ છે. શેષ રહી ગયેલી તેલની બાષ્પનું એમાં ઠારણ થાય છે. એકાકી અર્ધવાહક કપલનો ઉપયોગ સ્વયં-નિયંત્રિત ઝાકળબિંદુ આર્દ્રતામાપક(dewpoint hygrometer)માં થાય છે.

જૈવિક સંશોધન માટે બ્લડ પ્લાઝમા, વીર્યકોષ વગેરેના નમૂનાનો સંગ્રહ કરવા તેમજ તેમના પરિવહન દરમિયાન તેમને નીચા તાપમાને રાખવા માટે ઉષ્માવિદ્યુત શીતકોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. જૈવિક પ્રવાહીનું ઠારણબિંદુ નક્કી કરવા માટે, માઇક્રોટોમ નામના સાધન વડે, પેશીના અતિ સૂક્ષ્મ છેદ લેવામાં આવે છે. માઇક્રોટોમના પ્લૅટફૉર્મનું શીતન કરવા માટે ઉષ્માવિદ્યુત શીતકો વાપરવામાં આવે છે.

વિશાળ રેફ્રિજરેટર : વધુ પડતી કિંમતને કારણે તેમનો બહોળો વપરાશ નથી. મોટામાં મોટું ઉષ્માવિદ્યુત સાધન, અમેરિકન નૌકાદળની સબમરીન માટે નવ ટન ક્ષમતાનું ઍરકન્ડિશનર છે. ઍર-કન્ડિશનરનો ઉપયોગ ઉનાળામાં ઘરને ઠંડું રાખવા માટે અને શિયાળામાં ઘરને ગરમ રાખવા માટે થાય છે. તેને માટે ઉષ્માવિદ્યુત દ્વારા ઉત્પન્ન થતી ઉષ્માનું નિયમન કરતો પંપ, વિદ્યુતપ્રવાહની દિશાને અનુરૂપ, ઘરમાં ગરમી દાખલ કરે છે, અથવા બહાર ફેંકે છે. સહન કરી શકાય તેવી માફકસરની આબોહવા માટે, ઉષ્માવિદ્યુત દ્વારા ઘરને ગરમ રાખવાની પદ્ધતિ, સામાન્ય વિદ્યુત મારફત ગરમ કરવાની પદ્ધતિ કરતાં વધુ કરકસરવાળી છે.

જગન્નાથ ગિરધરલાલ સુથાર