Τα θερμοηλεκτρικά φαινόμενα, συνίστανται στην μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική, ή στην χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας για την μετακίνηση θερμότητας. Οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες (TE Generators - TEG) είναι στερεάς κατάστασης πηγές ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ οι θερμοηλεκτρικοί ψύκτες (TE coolers – TEG) είναι στερεάς κατάστασης αντλίες θερμότητος.

Το φαινόμενο Seebeck

Το απλό ανοικτό κύκλωμα του σχήματος που ακολουθεί, παριστάνει ένα θερμοζεύγος. Οι κλάδοι του α και β, αποτελούνται από διαφορετικά αγώγιμα υλικά. Στην περίπτωση που οι επαφές Α και Β διατηρούνται σε διαφορετικές θερμοκρασίες Τ1>Τ2, στα άκρα Γ και Δ εμφανίζεται μια ηλεκτρεγερτική δύναμη E_αβ.

Το φαινόμενο αυτό, ονομάζεται φαινόμενο Seebeck και η σταθερά αναλογίας S_αβ = dE_αβ / dT , συντελεστής Seeebeck ή ακριβέστερα διαφορικός συντελεστής  Seeebeck α_αβ, επειδή εκφράζει την διαφορά των απόλυτων συντελεστών Seebeck του καθενός υλικού: S_αβ = S_α - S_β.

Για μικρές θερμοκρασιακές διαφορές, η σχέση είναι γραμμική: E_αβ = S_αβ ^. (T₁ - T2).

Το πρόσημο του S_αβ είναι θετικό αν η E_αβ, όταν το κύκλωμα κλείσει, προκαλεί ρεύμα δεξιόστροφης φοράς. Μετράται σε V/K ή συνηθέστερα σε μV/K.

Η ιδιότητα αυτή του θερμοζεύγους, χρησιμοποιείται ευρέως για την μέτρηση θερμοκρασίας.

Το φαινόμενο Peltier

Αν στα σημεία Γ και Δ του θερμοζεύγους προστεθεί  μια πηγή ΗΕΔ, ώστε να δημιουργηθεί ένα ρεύμα εντάσεως Ι, τότε ένα ποσό θερμότητας Q απάγεται (στη μονάδα του χρόνου) από την επαφή Α, ενώ αντίστοιχα το ίδιο ποσό απορροφάται από την επαφή Β (βλέπε στο σχήμα που ακολουθεί). Το αποτέλεσμα είναι η θέρμανση της επαφής Α και η ψύξη της επαφής Β. Το φαινόμενο αυτό, που είναι ουσιαστικά αντίστροφο του φαινομένου Seebeck, ονομάζεται φαινόμενο Peltier.  Ο λόγος π_αβ = Q/I, όπου π_αβ = π_α + π_β , ονομάζεται συντελεστής Peltier  ή ακριβέστερα αθροιστικός συντελεστής Peltier π_αβ, επειδή εκφράζει το άθροισμα των απόλυτων συντελεστών Peltier των δυο υλικών. Το πρόσημο του π_αβ είναι θετικό όταν για την δεξιόστροφη φορά της έντασης η επαφή Α θερμαίνεται ενώ η Β ψύχεται και μετράται σε W/A ή σε V.

Το φαινόμενο Thomson

Στο φαινόμενο αυτό, κατά την διέλευση ρεύματος μέσα από ένα ομογενές αγώγιμο υλικό με σταθερή θερμοκρασιακή διαβάθμιση, παράγεται ή απορροφάται θερμότητα.

Για μικρές θερμοκρασιακές διαφορές, είναι Q = β / ΔΤ.

Η σταθερά β ονομάζεται συντελεστής Thomson και όπως ο συντελεστής Seebeck, μετράται σε V/K. Το φαινόμενο Thomson έχει μικρή επίδραση στις θερμοηλεκτρικές διατάξεις, ωστόσο πρέπει να λαμβάνεται υπ’ όψη όταν χρειάζονται λεπτομερείς υπολογισμοί.

Αναφορές

CRC Handbook of Thermoelectrics by D.M. Rowe (1995)

Επιστροφή στην αρχή