Seebeck, Peltier og Thomson termoelektriske effekter

Driften av termoelektriske kjøleskap og generatorer er basert på termoelektriske fenomener. Disse inkluderer Seebeck-, Peltier- og Thomson-effektene. Disse effektene er knyttet til både konvertering av termisk energi til elektrisk energi og konvertering av elektrisk energi til kald energi.

De termoelektriske egenskapene til ledninger skyldes forbindelsene mellom varme og elektriske strømmer:

• Seebeck-effekt — fremvekst termo-EMF i en kjede av ujevne ledninger, ved forskjellige temperaturer i seksjonene;
• Peltier-effekt — absorpsjon eller frigjøring av varme ved kontakt med to forskjellige ledere når en likestrøm passerer gjennom dem;
• Thomson-effekt - absorpsjon eller frigjøring av varme (super-Joule) i volumet til en leder når den passerer gjennom en pol, elektrisk strøm i nærvær av en temperaturgradient.

Seebeck-, Peltier- og Thompson-effekter er blant de kinetiske fenomenene. De er relatert til prosessene for bevegelse av ladning og energi, derfor kalles de ofte overføringsfenomener.Retningsstrømmer av ladning og energi i en krystall genereres og opprettholdes av ytre krefter: elektrisk felt, temperaturgradient.

Retningsbestemt strøm av partikler (spesielt ladningsbærere — elektroner og hull) forekommer også i nærvær av en konsentrasjonsgradient av disse partiklene. Magnetfeltet i seg selv skaper ikke rettede strømmer av ladning eller energi, men det påvirker strømmene som skapes av andre ytre påvirkninger.

Seebekov-effekt

Seebeck-effekten er at hvis en av kontaktene i en åpen elektrisk krets bestående av flere forskjellige ledere opprettholder temperaturen T1 (varm kobling) og den andre temperaturen T2 (kald kobling), så under forutsetning av at T1 ikke er lik T2 i endene oppstår en termoelektromotorisk kraft E på kretsen.Når kontaktene lukkes, oppstår en elektrisk strøm i kretsen.

Seebekov-effekt:

I nærvær av en temperaturgradient i lederen skjer den termiske diffusjonsstrømmen av ladningsbærere fra den varme enden til den kalde enden. Hvis den elektriske kretsen er åpen, akkumuleres bærere i den kalde enden, og lader den negativt hvis disse er elektroner, og positivt ved hullledning. I dette tilfellet forblir ukompensert ioneladning i den varme enden.

Det resulterende elektriske feltet bremser bevegelsen av bærere mot den kalde enden og akselererer bevegelsen av bærere mot den varme enden. Ikke-likevektsfordelingsfunksjonen dannet av temperaturgradienten skifter under påvirkning av det elektriske feltet og deformeres til en viss grad. Den resulterende fordelingen er slik at strømmen er null. Styrken til det elektriske feltet er proporsjonal med temperaturgradienten som forårsaket det.

Verdien av proporsjonalitetsfaktoren og dens fortegn avhenger av materialets egenskaper. Det er mulig å oppdage det elektriske Seebeck-feltet og måle den termoelektromotoriske kraften bare i en krets som består av forskjellige materialer. Forskjeller i potensielle kontakter tilsvarer forskjellen i kjemiske potensialer til materialene som kommer i kontakt.

Peltier-effekt

Peltier-effekten er at når en likestrøm går gjennom et termoelement som består av to ledere eller halvledere, frigjøres eller absorberes en viss mengde varme ved kontaktpunktet (avhengig av strømmens retning).

Når elektroner beveger seg fra et p-type materiale til et n-type materiale gjennom en elektrisk kontakt, må de overvinne en energibarriere og ta energi fra krystallgitteret (kaldt kryss) for å gjøre det. Omvendt, når man går fra et n-type materiale til et p-type materiale, donerer elektroner energi til gitteret (hot junction).

Peltier-effekt:

Thomson-effekt

Thomson-effekten er at når en elektrisk strøm flyter gjennom en leder eller halvleder der det skapes en temperaturgradient, i tillegg til Joule-varmen, frigjøres eller absorberes en viss mengde varme (avhengig av strømmens retning).

Den fysiske årsaken til denne effekten er knyttet til det faktum at energien til frie elektroner avhenger av temperatur. Da får elektronene høyere energi i den varme forbindelsen enn i den kalde. Tettheten av frie elektroner øker også med økende temperatur, noe som resulterer i en strøm av elektroner fra den varme enden til den kalde enden.

Den positive ladningen akkumuleres i den varme enden og den negative ladningen i den kalde enden. Omfordelingen av ladninger hindrer strømmen av elektroner og stopper den fullstendig ved en viss potensialforskjell.

Fenomenene beskrevet ovenfor forekommer på lignende måte i stoffer med hullledning, med den eneste forskjellen at negativ ladning akkumuleres i den varme enden og positivt ladede hull i den kalde enden. Derfor, for stoffer med blandet ledningsevne, viser Thomson-effekten seg å være ubetydelig.

Thomson effekt:

Thomson-effekten har ikke funnet praktisk anvendelse, men den kan brukes til å bestemme typen urenhetsledningsevne til halvledere.

Praktisk bruk av Seebeck- og Peltier-effekter

Termoelektriske fenomener: Seebeck- og Peltier-effekter - finner praktisk anvendelse i maskinløse varme- til elektrisk energiomformere - termoelektriske generatorer (TEG), i varmepumper - kjøleenheter, termostater, klimaanlegg, i måle- og kontrollsystemer som temperatursensorer, varmestrøm (se - Termoelektriske omformere).

I hjertet av termoelektriske enheter er spesielle halvlederelementer-transdusere (termoelementer, termoelektriske moduler), for eksempel, for eksempel TEC1-12706. Les mer her: Peltier-element - hvordan det fungerer og hvordan du sjekker og kobler til