Efecto seebeck
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El documento describe tres efectos termoeléctricos: el efecto Seebeck, el efecto Peltier y el efecto Thomson. El efecto Seebeck convierte diferencias de temperatura directamente en electricidad. El efecto Peltier hace lo opuesto, creando una diferencia de temperatura a partir de un voltaje eléctrico. El efecto Thomson describe el calentamiento o enfriamiento de un conductor con un gradiente de temperatura cuando pasa una corriente eléctrica.
![Efecto peltier
El efecto Peltier hace referencia a la creación de una diferencia
de temperaturadebida a un voltaje eléctrico. Sucede cuando una corriente se hace
pasar por dos metales o semiconductores conectados por dos “junturas de Peltier”.
La corriente propicia una transferencia de calor de una juntura a la otra: una se
enfría en tanto que otra se calienta.
Una manera para entender cómo es que este efecto enfría una juntura es notar que
cuando los electrones fluyen de una región de alta densidad a una de baja densidad,
se expanden (de la manera en que lo hace un gas ideal) y se enfría la región.
Cuando una corriente se hace pasar por el circuito, el calor se genera en la juntura
superior (T2) y es absorbido en la juntura inferior (T1). A y B indican los materiales.
Descripción[editar]
Este efecto realiza la acción inversa al efecto Seebeck. Consiste en la creación de
una diferencia térmica a partir de una diferencia de potencial eléctrico. Ocurre
cuando una corriente pasa a través de dos metales diferentes
o semiconductores (tipo-n y tipo-p) que están conectados entre sí en dos
soldaduras (uniones Peltier). La corriente produce una transferencia de calor desde
una unión, que se enfría, hasta la otra, que se calienta. El efecto es utilizado para
larefrigeración termoeléctrica.
Este efecto lleva el nombre de Jean-Charles Peltier (físico francés) quien lo
descubrió en 1834, el efecto calórico de una corriente en la unión de dos metales
diferentes. Cuando una corriente I se hace fluir a través del circuito, se produce
calor en la unión superior (at T2)), y absorbido por la unión inferior (at T1)). El calor
Peltier absorbido por la unión inferior por unidad de tiempo, es igual a:
donde: es el coeficiente Peltier AB de todo el termopar, y A y B son los
coeficientes de cada material. El silicio tipo-P normalmente tiene un coeficiente
Peltier positivo (pero no mayor ~550K), y silicio tipo-n es normalmente negativo
como sugiere su nombre.
Los coeficientes Peltier representan cuanta corriente de calor se lleva por
unidad de carga a través de un material dado. Como la corriente de carga debe
ser continua por una unión, el flujo de calor asociado producirá discontinuidad
si A y B son diferentes. Esto provoca una divergencia no cero en la unión y
así el calor debe acumularse o agotarse allí, según el signo de la corriente. Otra
forma de entender como este efecto puede enfriar una unión es notar que
cuando electrones fluyen de una región de alta densidad a una región de baja
densidad, ellos se expanden (como con un gas ideal) y enfrían.](https://image.slidesharecdn.com/efectoseebeck-140609161013-phpapp01/85/Efecto-seebeck-2-320.jpg)
Efecto seebeck
- 1. Efecto peltier Efecto Seebeck Circuito que muestra el efecto Seebeck. El efecto Seebeck es la conversión de diferencias de temperatura directamente a electricidad. Seebeck descubrió que la aguja de una brújula se desviaba cuando se formaba un circuito cerrado de dos metales unidos en dos lugares con una diferencia de temperatura entre las uniones. Esto se debe a que los metales responden diferentemente a la diferencia de temperatura, creando una corriente de circuito, que produce un campo magnético. Seebeck, aun así, en ese momento no reconoció allí una corriente eléctrica implicada, así que llamó al fenómeno el efecto termomagnético, pensando que los dos metales quedaban magnéticamente polarizados por el gradiente de temperatura. El físico Danés Hans Christian Ørsted jugó un papel vital en la explicación y concepción del término “termoelectricidad”. El efecto es que un voltaje, la FEM termoeléctrica, se crea en presencia de una diferencia de temperatura entre dos metales o semiconductores diferentes. Esto ocasiona una corriente continua en los conductores si ellos forman un circuito completo. El voltaje creado es del orden de varios microvoltios por kelvin de diferencia. Una de esas combinaciones, cobre-constantán, tiene un coeficiente Seebeck de 41 micro voltios por kelvin a temperatura ambiente. En el circuito:
- 2. Efecto peltier El efecto Peltier hace referencia a la creación de una diferencia de temperaturadebida a un voltaje eléctrico. Sucede cuando una corriente se hace pasar por dos metales o semiconductores conectados por dos “junturas de Peltier”. La corriente propicia una transferencia de calor de una juntura a la otra: una se enfría en tanto que otra se calienta. Una manera para entender cómo es que este efecto enfría una juntura es notar que cuando los electrones fluyen de una región de alta densidad a una de baja densidad, se expanden (de la manera en que lo hace un gas ideal) y se enfría la región. Cuando una corriente se hace pasar por el circuito, el calor se genera en la juntura superior (T2) y es absorbido en la juntura inferior (T1). A y B indican los materiales. Descripción[editar] Este efecto realiza la acción inversa al efecto Seebeck. Consiste en la creación de una diferencia térmica a partir de una diferencia de potencial eléctrico. Ocurre cuando una corriente pasa a través de dos metales diferentes o semiconductores (tipo-n y tipo-p) que están conectados entre sí en dos soldaduras (uniones Peltier). La corriente produce una transferencia de calor desde una unión, que se enfría, hasta la otra, que se calienta. El efecto es utilizado para larefrigeración termoeléctrica. Este efecto lleva el nombre de Jean-Charles Peltier (físico francés) quien lo descubrió en 1834, el efecto calórico de una corriente en la unión de dos metales diferentes. Cuando una corriente I se hace fluir a través del circuito, se produce calor en la unión superior (at T2)), y absorbido por la unión inferior (at T1)). El calor Peltier absorbido por la unión inferior por unidad de tiempo, es igual a: donde: es el coeficiente Peltier AB de todo el termopar, y A y B son los coeficientes de cada material. El silicio tipo-P normalmente tiene un coeficiente Peltier positivo (pero no mayor ~550K), y silicio tipo-n es normalmente negativo como sugiere su nombre. Los coeficientes Peltier representan cuanta corriente de calor se lleva por unidad de carga a través de un material dado. Como la corriente de carga debe ser continua por una unión, el flujo de calor asociado producirá discontinuidad si A y B son diferentes. Esto provoca una divergencia no cero en la unión y así el calor debe acumularse o agotarse allí, según el signo de la corriente. Otra forma de entender como este efecto puede enfriar una unión es notar que cuando electrones fluyen de una región de alta densidad a una región de baja densidad, ellos se expanden (como con un gas ideal) y enfrían.
- 3. Efecto peltier Los conductores están tratando de retornar al equilibrio de electrones que había antes de aplicarse la corriente absorbiendo energía a un conector y liberándole al otro. Los pares individuales pueden conectarse en serie para mejorar el efecto. Una consecuencia interesante de este efecto es que la dirección de transferencia de calor es controlada por la polaridad de la corriente; invertir la polaridad cambiará la dirección de transferencia y así el signo del calor absorbido/producido. Un enfriador/calentador Peltier o bomba de calor termoeléctrica es una bomba de calor activa de estado sólido que transfiere calor de un lado del dispositivo al otro. El enfriamiento Peltier es llamado Enfriamiento termoeléctrico. Efecto Thomson El efecto Thomson fue predicho y luego observado experimentalmente por William Thomson (Lord Kelvin) en 1851. Describe el calentamiento o enfriamiento de un conductor portador de corriente con un gradiente de temperatura. Algún conductor portador de corriente (excepto para superconductor), con una diferencia de temperatura en dos puntos, o bien absorberá o emitirá calor, según el material. Si una densidad de corriente J pasa por un conductor homogéneo, la producción de calor por volumen es: donde: es la resistividad del material, dT/dx es el gradiente de temperatura a lo largo del alambre, es el coeficiente Thomson. El primer término J2 representa el Efecto Joule, que no es reversible. El segundo término es el calor de Thomson, que cambia de signo cuando J cambia de dirección. En metales como zinc y cobre, que tienen un extremo caliente a mayor potencial y un extremo frío a menor potencial, cuando la corriente se mueve de un extremo caliente al extremo frío, se mueve de un alto a un bajo potencial, hay una producción de calor. Que se llama Efecto Thomson positivo. En metales como cobalto, níquel y hierro, que tienen un extremo frío a mayor potencial y un extremo caliente a menor potencial, cuando la corriente se mueve de un bajo a un alto potencial, hay una absorción de calor. Que se llamaEfecto Thomson negativo. El coeficiente Thomson es único entre los tres coeficientes principales termoeléctricos pues es el único coeficiente termoeléctrico directamente medible para materiales individuales. Los coeficientes Peltier y Seebeck solo
- 4. Efecto peltier pueden hallarse por pares de materiales. Así, no hay método directo experimental para hallar un coeficiente Seebeck absoluto (ejemplo termopotencia) o coeficiente Peltier absoluto para un material individual. Sin embargo, como se dijo en otra parte de este artículo hay dos ecuaciones, las relaciones de Thomson, conocidas como las relaciones de Kelvin (ver abajo), relacionando los tres coeficientes termoeléctricos. Por lo tanto, solo uno puede considerarse único. Si el coeficiente Thomson de un material se mide sobre un amplio rango de temperatura, incluyendo temperaturas cercanas a cero, entonces puede integrarse el coeficiente Thomson en el rango de temperatura usando las relaciones de Kelvin para hallar los valores absolutos (ejemplo simple material) de los coeficientes Peltier y de Seebeck. En principio, esto solo necesita hacerse para un material, ya que los otros valores pueden hallarse midiendo pares de coeficientes Seebeck en termopares conteniendo el material de referencia y agregar luego la potencia termoeléctrica absoluta (termo potencia) del material de referencia. Es común afirmar que el plomo tiene un coeficiente Thomson cero, Si bien es cierto que los coeficientes termoeléctricos del plomo son bajos, en general no son cero. El coeficiente Thomson del plomo ha sido medido en un amplio rango de temperatura y ha sido integrado para calcular la potencia termoeléctrica absoluta (termo potencia) del plomo en función de la temperatura. Diferente al plomo, los coeficientes termoeléctricos de todos los superconductores conocidos son cero.