L’effetto Seebeck e l’effetto Peltier sono i due principi principali che regolano il funzionamento dei generatori termoelettrici.

L’effetto Seebeck e l’effetto Peltier possono entrambi essere classificati con il termine effetto termoelettrico. Qualsiasi effetto termoelettrico comporta la conversione delle differenze di temperatura in differenze di tensione. Gli effetti di Seebeck e Peltier sono manifestazioni diverse dello stesso processo fisico. In alcuni casi, sono collegati e conosciuti come l’effetto Seebeck-Peltier. Il motivo per cui questi due effetti sono separati è dovuto alle loro scoperte indipendenti da due individui diversi. Diamo prima un’occhiata a ciò che l’effetto Seebeck è in dettaglio.

Che cos’è l’effetto Seebeck?

L’effetto Seebeck è stato scoperto dal fisico tedesco baltico Thomas Johann Seebeck. L’effetto Seebeck è un fenomeno in cui una differenza di temperatura tra due conduttori elettrici o semiconduttori dissimili produce una differenza di tensione tra queste due sostanze.

Quando il calore viene applicato a uno dei due conduttori o semiconduttori, gli elettroni si eccitano a causa del calore. Poiché solo uno dei due lati viene riscaldato, gli elettroni iniziano a muoversi verso il lato più freddo dei due conduttori. Se entrambi i conduttori sono collegati sotto forma di circuito, una corrente continua scorre attraverso il circuito.

Le tensioni prodotte dall’effetto Seebeck sono minime. L’intervallo della tensione prodotta è solitamente dell’ordine di alcuni microvolt (un milionesimo di volt) per Kelvin di differenza di temperatura alla giunzione. Se la differenza di temperatura è abbastanza significativa, alcuni dispositivi possono continuare a produrre alcuni millivolt (che è un millesimo di volt).

Molti di questi dispositivi possono essere collegati in parallelo per aumentare la corrente massima erogabile. Tali dispositivi hanno dimostrato di fornire un livello di energia elettrica su piccola scala se viene mantenuta una grande differenza di temperatura attraverso le giunzioni.

Dimostrazione dell’effetto Seedback

L’effetto Seebeck può aiutarci a calcolare il campo elettromotrice generato da un dispositivo. Questo può essere fatto usando il coefficiente di Seebeck. Il coefficiente di Seebeck di un materiale è la misura della grandezza della tensione termoelettrica aumentata in risposta alle differenze di temperatura in un dato materiale. Utilizzando la forza elettromotrice, possiamo anche calcolare la densità di corrente del materiale termoelettrico. Le equazioni rilevanti per questo sono le seguenti:

Eemf= -S T T

J= σ (- V V+Eemf)

Qui, J indica la densità di corrente e σ indica la conduttività locale del conduttore.

Che cos’è l’effetto Peltier?

L’effetto Peltier prende il nome dal fisico francese Jean Charles Athanase Peltier, che scoprì questo fenomeno nel 1834. L’effetto Peltier è la presenza di riscaldamento o raffreddamento a una giunzione elettrificata di due conduttori diversi. Quando una corrente viene fatta fluire attraverso una giunzione tra due conduttori, il calore può essere aggiunto o rimosso alla giunzione.

la Dimostrazione dell’Effetto Peltier

Peltier calore generato all’incrocio per unità di tempo è dove ∏A e ∏B sono i coefficienti di Peltier.

Q=(A A – B B)I

Qui, A e B indicano le due estremità dei conduttori, mentre I è la corrente elettrica. I coefficienti di Peltier rappresentano la quantità di calore trasportata per unità di carica. Poiché la carica deve essere continua attraverso una giunzione, il flusso di calore associato svilupperà una discontinuità se ∏A e B B sono diversi.

L’effetto Peltier può essere considerato come la controparte di retroazione dell’effetto Seebeck: se un semplice circuito termoelettrico è chiuso, allora l’effetto Seebeck guiderà una corrente, che a sua volta (per l’effetto Peltier) trasferirà sempre il calore dalla giunzione calda alla giunzione fredda.

Una tipica pompa di calore Peltier coinvolge più giunzioni in serie, attraverso le quali viene azionata una corrente. Alcune delle giunzioni perdono calore a causa dell’effetto Peltier, mentre altre guadagnano calore. Le pompe di calore termoelettriche sfruttano questo fenomeno, così come i dispositivi di raffreddamento termoelettrici presenti nei frigoriferi.