L’effet Seebeck et l’effet Peltier sont les deux grands principes qui régissent le fonctionnement des générateurs thermoélectriques.

L’effet Seebeck et l’effet Peltier peuvent tous deux être classés sous le terme effet thermoélectrique. Tout effet thermoélectrique implique la conversion des différences de températures en différences de tension. Les effets Seebeck et Peltier sont des manifestations différentes du même processus physique. Dans certains cas, ils sont liés et connus sous le nom d’effet Seebeck-Peltier. La raison pour laquelle ces deux effets sont séparés est due à leurs découvertes indépendantes par deux individus différents. Regardons d’abord ce qu’est l’effet Seebeck en détail.

Qu’est-ce que l’effet Seebeck ?

L’effet Seebeck a été découvert par le physicien allemand de la Baltique Thomas Johann Seebeck. L’effet Seebeck est un phénomène dans lequel une différence de température entre deux conducteurs ou semi-conducteurs électriques différents produit une différence de tension entre ces deux substances.

Lorsque de la chaleur est appliquée à l’un des deux conducteurs ou semi-conducteurs, les électrons deviennent excités à cause de la chaleur. Comme un seul des deux côtés est chauffé, les électrons commencent à se déplacer vers le côté plus froid des deux conducteurs. Si les deux conducteurs sont connectés sous la forme d’un circuit, un courant continu circule dans le circuit.

Les tensions produites par l’effet Seebeck sont minuscules. La plage de la tension produite est généralement de l’ordre de quelques microvolts (un millionième de volt) par Kelvin de différence de température à la jonction. Si la différence de température est suffisamment importante, certains appareils peuvent produire quelques millivolts (soit un millième de volt).

Plusieurs de ces dispositifs peuvent être connectés en parallèle pour augmenter le courant maximum livrable. Il a été démontré que de tels dispositifs fournissent un niveau de puissance électrique à petite échelle si une grande différence de température est maintenue entre les jonctions.

Démonstration de l’effet Seedback

L’effet Seebeck peut nous aider à calculer le champ électromoteur généré par un périphérique. Cela peut être fait en utilisant le coefficient Seebeck. Le coefficient de Seebeck d’un matériau est la mesure de l’amplitude de la tension thermoélectrique accrue en réponse aux différences de température dans un matériau donné. En utilisant la force électromotrice, nous pouvons également calculer la densité de courant du matériau thermoélectrique. Les équations pertinentes pour cela sont les suivantes:

Eemf=-S∆T

J = σ(-∆V + Eemf)

Ici, J signifie la densité de courant et σ signifie la conductivité locale du conducteur.

Qu’est-ce que l’effet Peltier ?

L’effet Peltier a été nommé d’après le physicien français Jean Charles Athanase Peltier, qui a découvert ce phénomène en 1834. L’effet Peltier est la présence de chauffage ou de refroidissement à une jonction électrifiée de deux conducteurs différents. Lorsqu’un courant circule à travers une jonction entre deux conducteurs, de la chaleur peut être ajoutée ou éliminée à la jonction.

Démonstration de l’effet Peltier

La chaleur Peltier générée à la jonction par unité de temps est où ∏A etBB sont les coefficients de Peltier.

Q=(AA–BB)I

Ici, A et B signifient les deux extrémités des conducteurs, alors que I est le courant électrique. Les coefficients de Peltier représentent la quantité de chaleur transportée par unité de charge. Puisque la charge doit être continue à travers une jonction, le flux de chaleur associé développera une discontinuité siAA etBB sont différents.

L’effet Peltier peut être considéré comme la contrepartie de l’effet Seebeck: si un simple circuit thermoélectrique est fermé, l’Effet Seebeck entraînera un courant, qui à son tour (par l’effet Peltier) transférera toujours la chaleur de la jonction chaude à la jonction froide.

Une pompe à chaleur Peltier typique comporte plusieurs jonctions en série, à travers lesquelles un courant est entraîné. Certaines des jonctions perdent de la chaleur en raison de l’effet Peltier, tandis que d’autres gagnent de la chaleur. Les pompes à chaleur thermoélectriques exploitent ce phénomène, tout comme les dispositifs de refroidissement thermoélectriques présents dans les réfrigérateurs.