Efectul Thomson-Peltier-Sieback

Notiuni teoretice:

Efectul termoelectric este conversia directa a diferentei de temperatura in tensiune electrica si vice versa. Acest efect poate fi folosit pentru a genera electricitate, pentru a masura temperatura si a pentru a raci obiectele. Din cauza directiilor de racire sau incalzire determinate de sensul tensiunii aplicate, efectul termoelectric controleaza foarte bine temparatura.

Efectul termoelectric incorporeaza trei mecanisme indentificate separat: Efectul Seebeck, Efectul Peltier si Efectul Thomson.

Efectul Seebeck

Se consider o bar de aluminiu reprezentat n care la un capt este nclzit iar la cellalt capt este rcit.In circuitul:

,

unde:

SA, SB sunt coeficientii Seebeck ai metalelor A si B;

T1,T2 temperaturile celor doua parti ale jonctiunii.

Electronii din regiunea cald au mai mut energie decat electronii din regiunea rece, deci vor avea o vitez mai mare ca cei din regiunea rece. Prin urmare va fi o difuzie net de electroni din partea cald spre partea rece, n partea rece ramanand ionii pozitivi.Deplasarea de sarcini va continua pan ce campul electric care apare ntre ionii pozitivi si sarcina negativ a electronilor se va opune deplasrii altor electroni. n final va apare o diferenta de potential la bornele barei metalice cu borna pozitiv la zona cald si cu borna negativ la zona rece. Diferenta de potential V care apare la bornele unei bare metalice datorit unei diferente de temperatur T se numeste efect Seebeck.

Efectul Peltier

In 1834 Peltier a descoperit ca la trecerea unui curent electric finit (nenul) printr-un conductor electric izoterm este insotita de prezenta unui flux de caldura, acesta fiind denumit efectul Peltier. Acesta este opusului efectului Seebeck.

Efectul Peltier const n nclzirea sau rcirea contactelor ntre doi conductori (semiconductori), atunci cnd prin circuit trece curent electric.Acest efect se poate explica fizic daca avem schema energetica a contactului dintre un metal si un semiconductor, potentialul chimic al celor doua materiale echilibrandu-se la echilibru. Daca sensul curentului este astfel incat electronii sa fie antrenati din metal spre semiconductor, la jonctiune ei trebuie sa treaca o bariera de potential pentru care absorb energie de la retea si contactul se raceste. Cand sensul curentului este invers ei cedeaza energie retelei si contactul se incalzeste.Coeficientul PeltierP al jonctiunii e definit ca energie termica cedata sau absorbita reversibil la jonctiunea dintre cele doua metale cand aceasta e traversata de cantitatea de electricitate unitate([P]SI= J/C = V).

unde:- AB este coeficinetul Peltier a intregului termocuplu;

- A, B sunt coeficientii Peltier pentru fiecare material in parte.

Se poate demonstra c = S*T. Astfel, este suficient de a studia numai coeficientul Seebeck .

Efectul Peltier a fost folosit pentru frigidere, dar acum este n principal

utilizat pentru a controla temperatura unor dispozitive (de exemplu chipurile din circuitele

integrate) n timp ce sunt fcute msurtorile.Efectul ThomsonEfectul Thomsonreprezint trecerea curentului electric printr-un conductor supus unuigradientdetemperaturlongitudinal produce absorbia sau degajarea de cldur, n funcie de sensul curentului i al gradientului de temperatur.Coeficientul Thomson"h" al unui material reprezinta cantitatea de caldura absorbita sau generata reversibil cand sarcina electrica unitate traverseaza doua puncte din material a caror temperatura difera cu un grad Celsius sau Kelvin ([h]SI= J/(CK) = V/K, utilV/oC).Trebuie precizat clar ca efectul Thomson este altceva decat efectul Joule. In efectul Joule materialul se incalzeste sub actiunea curentului electric, se genereaza caldura in mod ireversibil, indiferent de sensul curentului electric si proportional cu patratul intensitatii lui, iar in efectul Thomson se poate genera sau absorbi caldura in mod reversibil, depinzand de sensul curentului electric si proportional cu intensitatea lui.

William Thomson a explicat (1854) efectele Seebeck si Peltier si relatia

dintre ele. Prima relatie arata ca efectul Seebeck este o combinatie intre efectele Peltier si Thomson, si ea este: .

Relatiile de baza ale coeficientilor efectelor termoelectrice sunt:P = ST si h = TdS/dTAlte relatii de calcul:

,unde k reprezint conductivitatea termic, x este o constant care tine cont de parametrii de transport diferiti ai purttorilor de sarcin, care depind de energia electronilor. Valoarea lui x si a energiei EF0 se prezint n tabelul:

Tabelul 1. Parametrii obinui n urma efecturii experimentului pentru evidenierea efectului Peltier. _1489520182.unknown