Seebeck, Peltier ve Thomson termoelektrik etkiler

Termoelektrik buzdolaplarının ve jeneratörlerin çalışması termoelektrik fenomenlere dayanmaktadır. Bunlar Seebeck, Peltier ve Thomson etkilerini içerir. Bu etkiler hem termal enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi hem de elektrik enerjisinin soğuk enerjiye dönüştürülmesi ile ilgilidir.

Tellerin termoelektrik özellikleri, ısı ve elektrik akımları arasındaki bağlantılardan kaynaklanmaktadır:

• Seebeck etkisi - ortaya çıkış termo-EMF bölümlerinin farklı sıcaklıklarında, düzensiz tellerden oluşan bir zincirde;
• Peltier etkisi - içlerinden doğru bir elektrik akımı geçtiğinde iki farklı iletkenin temasında ısının emilmesi veya salınması;
• Thomson etkisi - bir kutuptan geçerken bir iletkenin hacmindeki ısının (süper Joule) emilmesi veya salınması, bir sıcaklık gradyanı varlığında elektrik akımı.

Seebeck, Peltier ve Thompson etkileri kinetik fenomenler arasındadır. Yük ve enerjinin hareket süreçleriyle ilişkilidirler, bu nedenle genellikle transfer fenomenleri olarak adlandırılırlar.Bir kristaldeki yönlü yük ve enerji akışları, dış kuvvetler tarafından üretilir ve korunur: elektrik alanı, sıcaklık gradyanı.

Parçacıkların yönlü akışı (özellikle yük taşıyıcıları — elektronlar ve boşluklar) ayrıca bu parçacıkların bir konsantrasyon gradyanı varlığında da oluşur. Manyetik alanın kendisi, yönlendirilmiş yük veya enerji akışları yaratmaz, ancak diğer dış etkilerin yarattığı akışları etkiler.

Seebekov etkisi

Seebeck etkisi, birkaç farklı iletkenden oluşan açık bir elektrik devresinde, kontaklardan birinin T1 sıcaklığını (sıcak bağlantı) ve diğerinin T2 sıcaklığını (soğuk bağlantı) muhafaza etmesi durumunda, T1'in T2'ye eşit olmaması koşuluyla gerçekleşir. uçlarda devre üzerinde bir termoelektromotor kuvvet E görünür.Kontaklar kapalıyken devrede bir elektrik akımı belirir.

Seebekov etkisi:

İletkende bir sıcaklık gradyanının varlığında, yük taşıyıcıların termal difüzyon akışı sıcak uçtan soğuk uca doğru gerçekleşir. Elektrik devresi açıksa, taşıyıcılar soğuk uçta birikir ve bunlar elektronsa negatif, delik iletimi durumunda pozitif olarak yüklenir. Bu durumda, telafi edilmemiş iyon yükü sıcak uçta kalır.

Ortaya çıkan elektrik alan, taşıyıcıların soğuk uca doğru hareketini yavaşlatır ve taşıyıcıların sıcak uca doğru hareketini hızlandırır. Sıcaklık gradyanı tarafından oluşturulan dengesiz dağılım fonksiyonu, elektrik alanın etkisi altında kayar ve bir dereceye kadar deforme olur. Ortaya çıkan dağılım, akımın sıfır olacağı şekildedir. Elektrik alanın gücü, ona neden olan sıcaklık gradyanı ile orantılıdır.

Orantılılık faktörünün değeri ve işareti, malzemenin özelliklerine bağlıdır. Sadece farklı malzemelerden oluşan bir devrede elektrik Seebeck alanını tespit etmek ve termoelektromotor kuvveti ölçmek mümkündür. Potansiyel temaslardaki farklılıklar, temas eden malzemelerin kimyasal potansiyellerindeki farka karşılık gelir.

Peltier etkisi

Peltier etkisi, bir doğru akım iki iletken veya yarı iletkenden oluşan bir termokupldan geçtiğinde, temas noktasında (akımın yönüne bağlı olarak) belirli bir miktarda ısı salınması veya emilmesidir.

Elektronlar, p-tipi bir malzemeden n-tipi bir malzemeye bir elektrik kontağı aracılığıyla hareket ettiklerinde, bir enerji bariyerini aşmaları ve bunu yapmak için kristal kafesten (soğuk bağlantı) enerji almaları gerekir. Tersine, n-tipi bir malzemeden p-tipi bir malzemeye geçerken, elektronlar kafese (sıcak bağlantı) enerji verir.

Peltier Etkisi:

Thomson etkisi

Thomson etkisi, bir elektrik akımı, Joule ısısına ek olarak bir sıcaklık gradyanının oluşturulduğu bir iletken veya yarı iletken içinden aktığında, belirli bir miktarda ısının salınması veya emilmesidir (akımın yönüne bağlı olarak).

Bu etkinin fiziksel nedeni, serbest elektronların enerjisinin sıcaklığa bağlı olmasıdır. Daha sonra elektronlar sıcak bileşikte soğuk bileşikten daha yüksek bir enerji kazanır. Serbest elektronların yoğunluğu da artan sıcaklıkla artar, bu da elektronların sıcak uçtan soğuk uca doğru akmasına neden olur.

Pozitif yük sıcak uçta ve negatif yük soğuk uçta birikir. Yüklerin yeniden dağıtılması, elektron akışını engeller ve belirli bir potansiyel farkta tamamen durdurur.

Yukarıda açıklanan fenomen, delik iletimi olan maddelerde benzer şekilde meydana gelir, tek fark, negatif yükün sıcak uçta ve pozitif yüklü deliklerin soğuk uçta birikmesidir. Bu nedenle, karışık iletkenliğe sahip maddeler için Thomson etkisinin ihmal edilebilir olduğu ortaya çıkıyor.

Thomson etkisi:

Thomson etkisi pratik uygulama bulmadı, ancak yarı iletkenlerin safsızlık iletkenlik türünü belirlemek için kullanılabilir.

Seebeck ve Peltier efektlerinin pratik kullanımı

Termoelektrik fenomen: Seebeck ve Peltier etkileri — makinesiz ısıdan elektrik enerjisine dönüştürücülerde pratik uygulama bulun — termoelektrik jeneratörler (TEG), ısı pompalarında - soğutma cihazlarında, termostatlarda, klimalarda, sıcaklık sensörleri, ısı akışı gibi ölçüm ve kontrol sistemlerinde (bkz. - Termoelektrik dönüştürücüler).

Termoelektrik cihazların merkezinde, örneğin TEC1-12706 gibi özel yarı iletken elemanlar-transdüserler (termoelementler, termoelektrik modüller) bulunur. Burada daha fazlasını okuyun: Peltier elemanı - nasıl çalışır ve nasıl kontrol edilir ve bağlanır