ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ


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 Eαβ.

Το φαινόμενο αυτό, ονομάζεται φαινόμενο Seebeck και η σταθερά αναλογίας Sαβ = dEαβ / dT , συντελεστής Seeebeck ή ακριβέστερα διαφορικός συντελεστής  Seeebeck ααβ, επειδή εκφράζει την διαφορά των απόλυτων συντελεστών Seebeck του καθενός υλικού: Sαβ = Sα - Sβ.

Για μικρές θερμοκρασιακές διαφορές, η σχέση είναι γραμμική: Eαβ = Sαβ . (T1 - T2).

Το πρόσημο του Sαβ είναι θετικό αν η Eαβ, 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 παβ = Q/I, όπου παβ = πα + πβ , ονομάζεται συντελεστής Peltier  ή ακριβέστερα αθροιστικός συντελεστής Peltier παβ, επειδή εκφράζει το άθροισμα των απόλυτων συντελεστών Peltier των δυο υλικών. Το πρόσημο του παβ 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

Copyright © 2008 ATHENA-2 Lab. All Rights Reserved.