efekt Seebecka i efekt Peltiera to dwie główne zasady regulujące pracę generatorów termoelektrycznych.

efekt Seebecka i efekt Peltiera można klasyfikować pod pojęciem efektu termoelektrycznego. Każdy efekt termoelektryczny polega na zamianie różnic temperatur na różnice napięciowe. Efekty Seebecka i Peltiera są różnymi przejawami tego samego procesu fizycznego. W niektórych przypadkach są one powiązane i znane jako efekt Seebecka-Peltiera. Powodem, dla którego te dwa efekty są oddzielone, jest ich niezależne odkrycie przez dwie różne osoby. Najpierw przyjrzyjmy się szczegółowo efektowi Seebecka.

co to jest efekt Seebecka?

efekt Seebecka został odkryty przez niemieckiego fizyka Thomasa Johanna Seebecka. Efekt Seebecka jest zjawiskiem, w którym różnica temperatur między dwoma odmiennymi przewodnikami elektrycznymi lub półprzewodnikami powoduje różnicę napięcia między tymi dwiema substancjami.

gdy ciepło jest przykładane do jednego z dwóch przewodników lub półprzewodników, elektrony stają się wzbudzone z powodu ciepła. Ponieważ tylko jedna z dwóch stron jest ogrzewana, elektrony zaczynają poruszać się w kierunku chłodniejszej strony dwóch przewodników. Jeśli oba przewodniki są połączone w postaci obwodu, przez obwód przepływa prąd stały.

napięcie wytwarzane przez efekt Seebecka jest niewielkie. Zakres wytwarzanego napięcia jest zwykle rzędu kilku mikrowoltów (jednej milionowej woltu) na Kelwin różnicy temperatur na skrzyżowaniu. Jeśli różnica temperatur jest wystarczająco znacząca, niektóre urządzenia mogą wytwarzać kilka miliwoltów (co stanowi jedną tysięczną Wolta).

kilka takich urządzeń może być podłączonych równolegle, aby zwiększyć maksymalny prąd dostarczany. Wykazano, że takie urządzenia zapewniają niewielki poziom energii elektrycznej, jeśli utrzymywana jest duża różnica temperatur na skrzyżowaniach.

demonstracja efektu Seedback

efekt Seebeck może pomóc nam obliczyć pole elektromotoryczne generowane przez urządzenie. Można to zrobić za pomocą współczynnika Seebecka. Współczynnik Seebecka materiału jest miarą wielkości zwiększonego napięcia termoelektrycznego w odpowiedzi na różnice temperatur w danym materiale. Za pomocą siły elektromotorycznej możemy również obliczyć gęstość prądu materiału termoelektrycznego. Odpowiednie równania są następujące:

Eemf= -S∆T

j= σ(-∆V+Eemf)

tutaj J oznacza gęstość prądu, a σ oznacza lokalną przewodność przewodnika.

co to jest efekt Peltiera?

efekt Peltiera został nazwany na cześć francuskiego fizyka Jeana Charlesa Athanase ’ a Peltiera, który odkrył to zjawisko w 1834 roku. Efektem Peltiera jest obecność ogrzewania lub chłodzenia na zelektryfikowanym skrzyżowaniu dwóch różnych przewodów. Gdy prąd jest doprowadzany do przepływu przez złącze między dwoma przewodami, można dodać lub usunąć ciepło na złączu.

demonstracja efektu Peltiera

ciepło Peltiera wytwarzane na skrzyżowaniu na jednostkę czasu jest, gdzie ∏A i ∏B są współczynnikami Peltiera.

Q=(∏A – ∏B)I

tutaj A i B oznaczają dwa końce przewodów, podczas gdy I jest prądem elektrycznym. Współczynniki Peltiera określają ilość ciepła przenoszonego na jednostkę ładunku. Ponieważ ładunek musi być ciągły przez złącze, związany z nim przepływ ciepła rozwinie nieciągłość, Jeśli ∏a i ∏B są różne.

efekt Peltiera można uznać za odpowiednik efektu Seebecka: jeśli prosty obwód termoelektryczny jest zamknięty, efekt Seebecka będzie napędzał prąd, który z kolei (dzięki efektowi Peltiera) zawsze będzie przenosił ciepło z gorącego złącza do zimnego złącza.

typowa Pompa ciepła Peltiera obejmuje szeregowe złącza, przez które napędzany jest prąd. Niektóre złącza tracą ciepło z powodu efektu Peltiera, podczas gdy inne zyskują ciepło. Termoelektryczne pompy ciepła wykorzystują to zjawisko, podobnie jak termoelektryczne urządzenia chłodzące znajdujące się w lodówkach.