Efectos termoeléctricos Seebeck, Peltier y Thomson

El funcionamiento de los refrigeradores y generadores termoeléctricos se basa en fenómenos termoeléctricos. Estos incluyen los efectos Seebeck, Peltier y Thomson. Estos efectos están relacionados tanto con la conversión de energía térmica en energía eléctrica como con la conversión de energía eléctrica en energía fría.

Las propiedades termoeléctricas de los cables se deben a las conexiones entre el calor y las corrientes eléctricas:

• Efecto Seebeck — emergencia termo-EMF en una cadena de alambres irregulares, a diferentes temperaturas de sus secciones;
• Efecto Peltier: absorción o liberación de calor en el contacto de dos conductores diferentes cuando una corriente eléctrica continua los atraviesa;
• Efecto Thomson: absorción o liberación de calor (super-Joule) en el volumen de un conductor cuando pasa a través de un poste, corriente eléctrica en presencia de un gradiente de temperatura.

Los efectos Seebeck, Peltier y Thompson se encuentran entre los fenómenos cinéticos. Están relacionados con los procesos de movimiento de carga y energía, por lo que suelen denominarse fenómenos de transferencia.Los flujos direccionales de carga y energía en un cristal son generados y mantenidos por fuerzas externas: campo eléctrico, gradiente de temperatura.

Flujo direccional de partículas (en particular portadores de carga) electrones y huecos) también ocurre en presencia de un gradiente de concentración de estas partículas. El campo magnético en sí mismo no crea flujos dirigidos de carga o energía, pero afecta los flujos creados por otras influencias externas.

Efecto Seebekov

El efecto Seebeck es que si en un circuito eléctrico abierto formado por varios conductores diferentes uno de los contactos mantiene la temperatura T1 (unión caliente) y el otro la temperatura T2 (unión fría), entonces bajo la condición de que T1 no sea igual a T2 en los extremos aparece en el circuito una fuerza termoelectromotriz E. Cuando los contactos están cerrados, aparece una corriente eléctrica en el circuito.

Efecto Seebekov:

En presencia de un gradiente de temperatura en el conductor, el flujo de difusión térmica de los portadores de carga ocurre desde el extremo caliente al extremo frío. Si el circuito eléctrico está abierto, entonces los portadores se acumulan en el extremo frío, cargándolo negativamente si estos son electrones, y positivamente en el caso de conducción por huecos. En este caso, la carga iónica no compensada permanece en el extremo caliente.

El campo eléctrico resultante ralentiza el movimiento de los portadores hacia el extremo frío y acelera el movimiento de los portadores hacia el extremo caliente. La función de distribución de no equilibrio formada por el gradiente de temperatura se desplaza bajo la acción del campo eléctrico y se deforma en cierta medida. La distribución resultante es tal que la corriente es cero. La fuerza del campo eléctrico es proporcional al gradiente de temperatura que lo provocó.

El valor del factor de proporcionalidad y su signo dependen de las propiedades del material. Es posible detectar el campo eléctrico de Seebeck y medir la fuerza termoelectromotriz solo en un circuito compuesto por diferentes materiales. Las diferencias en los contactos de potencial corresponden a la diferencia en los potenciales químicos de los materiales que entran en contacto.

efecto peltier

El efecto Peltier es que cuando una corriente continua pasa a través de un termopar que consta de dos conductores o semiconductores, se libera o absorbe una cierta cantidad de calor en el punto de contacto (dependiendo de la dirección de la corriente).

Cuando los electrones se mueven de un material de tipo p a un material de tipo n a través de un contacto eléctrico, deben superar una barrera de energía y tomar energía de la red cristalina (unión fría) para hacerlo. Por el contrario, cuando se pasa de un material de tipo n a un material de tipo p, los electrones donan energía a la red (unión caliente).

Efecto Peltier:

efecto Thomson

El efecto Thomson es que cuando una corriente eléctrica fluye a través de un conductor o semiconductor en el que se crea un gradiente de temperatura, además del calor Joule, se libera o absorbe cierta cantidad de calor (dependiendo de la dirección de la corriente).

La razón física de este efecto está relacionada con el hecho de que la energía de los electrones libres depende de la temperatura. Entonces los electrones adquieren mayor energía en el compuesto caliente que en el frío. La densidad de electrones libres también aumenta con el aumento de la temperatura, lo que da como resultado un flujo de electrones desde el extremo caliente al extremo frío.

La carga positiva se acumula en el extremo caliente y la carga negativa en el extremo frío. La redistribución de cargas impide el flujo de electrones y, ante una determinada diferencia de potencial, lo detiene por completo.

Los fenómenos descritos anteriormente ocurren de manera similar en sustancias con conducción por huecos, con la única diferencia de que la carga negativa se acumula en el extremo caliente y los huecos cargados positivamente en el extremo frío. Por lo tanto, para sustancias con conductividad mixta, el efecto Thomson resulta despreciable.

Efecto Thomson:

El efecto Thomson no ha encontrado aplicación práctica, pero se puede utilizar para determinar el tipo de conductividad de las impurezas de los semiconductores.

Uso práctico de los efectos Seebeck y Peltier

Fenómenos termoeléctricos: efectos Seebeck y Peltier: encuentre una aplicación práctica en convertidores de calor a energía eléctrica sin máquina. generadores termoeléctricos (TEG), en bombas de calor — dispositivos de refrigeración, termostatos, acondicionadores de aire, en sistemas de medición y control como sensores de temperatura, flujo de calor (ver — Convertidores termoeléctricos).

En el corazón de los dispositivos termoeléctricos se encuentran transductores de elementos semiconductores especiales (termoelementos, módulos termoeléctricos), por ejemplo, como TEC1-12706. Leer más aquí: Elemento Peltier: cómo funciona y cómo verificar y conectar