Термоелектрични ефекти Сеебецк, Пелтиер и Тхомсон

Рад термоелектричних фрижидера и генератора заснива се на термоелектричним појавама. То укључује ефекте Сеебецк, Пелтиер и Тхомсон. Ови ефекти се односе и на претварање топлотне енергије у електричну и на претварање електричне енергије у хладну енергију.

Термоелектрична својства жица су последица веза између топлотне и електричне струје:

• Сеебецк ефекат — појављивање термо-ЕМФ у ланцу неравних жица, на различитим температурама његових секција;
• Пелтиеров ефекат — апсорпција или ослобађање топлоте на контакту два различита проводника када једносмерна електрична струја пролази кроз њих;
• Томсонов ефекат — апсорпција или ослобађање топлоте (супер-џул) у запремини проводника при проласку кроз пол, електрична струја у присуству температурног градијента.

Ефекти Сеебецк, Пелтиер и Тхомпсон спадају у кинетичке феномене. Они су повезани са процесима кретања наелектрисања и енергије, па се често називају феноменима преноса.Усмерени токови наелектрисања и енергије у кристалу се генеришу и одржавају спољашњим силама: електричном пољу, температурним градијентом.

Усмерени ток честица (посебно носилаца наелектрисања — електрона и рупа) се такође јавља у присуству градијента концентрације ових честица. Само магнетно поље не ствара усмерене токове наелектрисања или енергије, али утиче на токове створене другим спољним утицајима.

Сеебеков ефекат

Сеебеков ефекат је да ако у отвореном електричном колу које се састоји од неколико различитих проводника један од контаката одржава температуру Т1 (врући спој), а други температуру Т2 (хладни спој), онда под условом да Т1 није једнак Т2 на крајевима се на колу појављује термоелектромоторна сила Е. Када су контакти затворени у колу се јавља електрична струја.

Сеебеков ефекат:

У присуству температурног градијента у проводнику, топлотни дифузиони ток носилаца наелектрисања се јавља од топлог до хладног краја. Ако је електрично коло отворено, носиоци се акумулирају на хладном крају, наелектришући га негативно ако су то електрони, и позитивно у случају проводљивости рупа. У овом случају, некомпензовано наелектрисање јона остаје на топлом крају.

Настало електрично поље успорава кретање носача ка хладном крају и убрзава кретање носача ка топлом крају. Неравнотежна функција расподеле формирана температурним градијентом се помера под дејством електричног поља и донекле се деформише. Добијена расподела је таква да је струја нула. Јачина електричног поља је пропорционална температурном градијенту који га је изазвао.

Вредност фактора пропорционалности и његов знак зависе од својстава материјала. Могуће је детектовати електрично Зебеково поље и мерити термоелектромоторну силу само у колу састављеном од различитих материјала. Разлике у потенцијалним контактима одговарају разлици у хемијским потенцијалима материјала који долазе у контакт.

Пелтиеров ефекат

Пелтиеров ефекат је да када једносмерна струја прође кроз термоелемент који се састоји од два проводника или полупроводника, одређена количина топлоте се ослобађа или апсорбује на контактној тачки (у зависности од смера струје).

Када се електрони крећу од материјала п-типа до материјала н-типа кроз електрични контакт, они морају да превазиђу енергетску баријеру и да узму енергију из кристалне решетке (хладни спој) да би то учинили. Супротно томе, када прелазе из материјала н-типа у материјал п-типа, електрони донирају енергију решетки (врући спој).

Пелтиеров ефекат:

Томсонов ефекат

Томсонов ефекат је да када електрична струја протиче кроз проводник или полупроводник у коме се ствара температурни градијент, поред џулове топлоте, ослобађа се или апсорбује одређена количина топлоте (у зависности од смера струје).

Физички разлог за овај ефекат повезан је са чињеницом да енергија слободних електрона зависи од температуре. Тада електрони добијају већу енергију у топлом једињењу него у хладном. Густина слободних електрона такође расте са повећањем температуре, што резултира протоком електрона од топлог до хладног краја.

Позитивно наелектрисање се акумулира на топлом крају, а негативно на хладном крају. Прерасподела наелектрисања спречава проток електрона и, при одређеној разлици потенцијала, потпуно га зауставља.

Горе описани феномени се јављају на сличан начин у супстанцама са проводљивошћу рупа, са једином разликом што се негативно наелектрисање акумулира на врућем крају, а позитивно наелектрисане рупе на хладном крају. Дакле, за супстанце са мешовитом проводљивошћу, Томсонов ефекат се испоставља занемарљивим.

Томсонов ефекат:

Томсонов ефекат није нашао практичну примену, али се може користити за одређивање врсте нечистоће проводљивости полупроводника.

Практична употреба Сеебецк и Пелтиер ефеката

Термоелектрични феномени: ефекти Сеебецк и Пелтиер — пронађите практичну примену у претварачима топлоте у електричну енергију без машина — термоелектрични генератори (ТЕГ), у топлотним пумпама — расхладним уређајима, термостатима, клима уређајима, у мерним и контролним системима као што су температурни сензори, проток топлоте (видети — Термоелектрични претварачи).

У срцу термоелектричних уређаја су специјални полупроводнички елементи-претварачи (термоелементи, термоелектрични модули), на пример, као што је ТЕЦ1-12706. Прочитајте више овде: Пелтиер елемент - како функционише и како проверити и повезати