Efek termoelektrik Seebeck, Peltier dan Thomson

Pengoperasian lemari es dan generator termoelektrik didasarkan pada fenomena termoelektrik. Ini termasuk efek Seebeck, Peltier dan Thomson. Efek ini terkait dengan konversi energi panas menjadi energi listrik dan konversi energi listrik menjadi energi dingin.

Sifat termoelektrik kabel disebabkan oleh hubungan antara panas dan arus listrik:

• Efek seebeck — munculnya termo-EMF dalam rantai kabel yang tidak rata, pada suhu berbeda di bagiannya;
• Efek peltier — penyerapan atau pelepasan panas pada kontak dua konduktor yang berbeda ketika arus listrik langsung melewatinya;
• Efek Thomson — penyerapan atau pelepasan panas (super-Joule) dalam volume konduktor saat melewati kutub, arus listrik dengan adanya gradien suhu.

Efek Seebeck, Peltier, dan Thompson termasuk di antara fenomena kinetik. Mereka terkait dengan proses pergerakan muatan dan energi, oleh karena itu sering disebut fenomena transfer.Aliran muatan dan energi terarah dalam kristal dihasilkan dan dipertahankan oleh gaya eksternal: medan listrik, gradien suhu.

Aliran partikel terarah (khususnya pembawa muatan — elektron dan hole) juga terjadi dengan adanya gradien konsentrasi partikel-partikel ini. Medan magnet itu sendiri tidak menciptakan aliran muatan atau energi yang terarah, tetapi mempengaruhi aliran yang diciptakan oleh pengaruh eksternal lainnya.

Efek Seebekov

Efek Seebeck adalah bahwa jika dalam rangkaian listrik terbuka yang terdiri dari beberapa konduktor berbeda, salah satu kontak mempertahankan suhu T1 (persimpangan panas) dan yang lainnya mempertahankan suhu T2 (persimpangan dingin), maka dengan syarat T1 tidak sama dengan T2 di ujungnya gaya termoelektromotif E muncul di sirkuit.Ketika kontak ditutup, arus listrik muncul di sirkuit.

Efek Seebekov:

Di hadapan gradien suhu dalam konduktor, aliran difusi termal pembawa muatan terjadi dari ujung panas ke ujung dingin. Jika sirkuit listrik terbuka, pembawa menumpuk di ujung dingin, mengisinya secara negatif jika ini adalah elektron, dan positif dalam kasus konduksi lubang. Dalam hal ini, muatan ion yang tidak terkompensasi tetap berada di ujung yang panas.

Medan listrik yang dihasilkan memperlambat pergerakan pembawa menuju ujung dingin dan mempercepat pergerakan pembawa menuju ujung panas. Fungsi distribusi non-kesetimbangan yang dibentuk oleh gradien suhu bergeser di bawah aksi medan listrik dan mengalami deformasi sampai batas tertentu. Distribusi yang dihasilkan sedemikian rupa sehingga arusnya nol. Kekuatan medan listrik sebanding dengan gradien suhu yang menyebabkannya.

Nilai faktor proporsionalitas dan tandanya tergantung pada sifat-sifat material. Dimungkinkan untuk mendeteksi medan Seebeck listrik dan mengukur gaya termoelektromotif hanya di sirkuit yang terdiri dari bahan yang berbeda. Perbedaan kontak potensial berhubungan dengan perbedaan potensial kimia dari bahan yang bersentuhan.

efek Peltier

Efek Peltier adalah ketika arus searah melewati termokopel yang terdiri dari dua konduktor atau semikonduktor, sejumlah panas dilepaskan atau diserap pada titik kontak (tergantung pada arah arus).

Ketika elektron berpindah dari bahan tipe-p ke bahan tipe-n melalui kontak listrik, mereka harus mengatasi penghalang energi dan mengambil energi dari kisi kristal (sambungan dingin) untuk melakukannya. Sebaliknya, ketika berpindah dari material tipe-n ke material tipe-p, elektron menyumbangkan energi ke kisi (sambungan panas).

Efek Peltier:

efek Thomson

Efek Thomson adalah ketika arus listrik mengalir melalui konduktor atau semikonduktor di mana gradien suhu dibuat, selain panas Joule, sejumlah panas dilepaskan atau diserap (tergantung pada arah arus).

Alasan fisik untuk efek ini terkait dengan fakta bahwa energi elektron bebas bergantung pada temperatur. Kemudian elektron memperoleh energi yang lebih tinggi dalam senyawa panas daripada yang dingin. Kepadatan elektron bebas juga meningkat dengan meningkatnya suhu, menghasilkan aliran elektron dari ujung panas ke ujung dingin.

Muatan positif terakumulasi di ujung panas dan muatan negatif di ujung dingin. Redistribusi muatan mencegah aliran elektron dan, pada perbedaan potensial tertentu, menghentikannya sepenuhnya.

Fenomena yang dijelaskan di atas terjadi dengan cara yang sama pada zat dengan konduksi lubang, dengan satu-satunya perbedaan adalah muatan negatif terakumulasi di ujung panas dan lubang bermuatan positif di ujung dingin. Oleh karena itu, untuk zat dengan konduktivitas campuran, efek Thomson dapat diabaikan.

efek Thomson:

Efek Thomson belum menemukan aplikasi praktis, tetapi dapat digunakan untuk menentukan jenis pengotor konduktivitas semikonduktor.

Penggunaan praktis efek Seebeck dan Peltier

Fenomena termoelektrik: Efek Seebeck dan Peltier — temukan aplikasi praktis dalam pengubah panas tanpa mesin menjadi energi listrik — generator termoelektrik (TEG), dalam pompa panas - perangkat pendingin, termostat, AC, dalam sistem pengukuran dan kontrol seperti sensor suhu, aliran panas (lihat - Konverter termoelektrik).

Inti dari perangkat termoelektrik adalah transduser elemen semikonduktor khusus (elemen termoelektrik, modul termoelektrik), misalnya, seperti TEC1-12706. Baca selengkapnya di sini: Elemen Peltier - cara kerjanya dan cara memeriksa dan menghubungkan