L'effet Seebeck

L'effet Seebeck est un phénomène dans lequel une tension est générée entre les extrémités d'un conducteur lorsque la température à une extrémité est différente de la température à l'autre extrémité. Il est nommé d'après le physicien allemand Thomas Johann Seebeck, qui l'a décrit pour la première fois au début du 19e siècle.

Définir l'effet Seebeck?

L'effet Seebeck est basé sur le fait que le mouvement des porteurs de charge, tels que les électrons, dans un conducteur génère de la chaleur. Lorsqu'une différence de température est appliquée à travers un conducteur, les porteurs de charge à l'extrémité chaude ont plus d'énergie cinétique que ceux à l'extrémité froide, ce qui entraîne un flux net de charge de l'extrémité chaude vers l'extrémité froide. Ce flux de charge crée une tension à travers le conducteur, qui peut être mesurée à l'aide d'un voltmètre.

La magnitude de la tension générée par l'effet Seebeck est proportionnelle à la différence de température à travers le conducteur et aux propriétés du conducteur lui-même. Différents matériaux ont différents coefficients Seebeck, qui décrivent la tension générée par unité de différence de température.

L'effet Seebeck est la base du fonctionnement des générateurs thermélectriques, qui sont des dispositifs qui convertissent la chaleur en électricité. Ils fonctionnent en utilisant l'effet Seebeck pour générer une tension à travers un conducteur, puis en utilisant cette tension pour faire circuler un courant à travers une charge externe, telle qu'une ampoule ou une batterie.

Le coefficient Seebeck:

Le coefficient Seebeck est la tension produite entre deux points d'un conducteur lorsqu'une différence de température de 1o Kelvin est maintenue entre eux. À température ambiante, une telle combinaison cuivre-constantan a un coefficient Seebeck de 41 microvolts par Kelvin.

S = ΔV/ΔT = (Vfroid − Vchaud)/(Tchaud-Tfroid)

Où,

• ΔV signifie la différence de tension obtenue en introduisant un petit changement de température (ΔT) le long du matériau.

• ΔV est défini comme la tension du côté froid moins la tension du côté chaud.

Si la différence entre Vfroid et Vchaud est négative, le coefficient Seebeck est négatif.

Si ΔT est considéré comme étant petit.

Par conséquent, nous pouvons définir le coefficient Seebeck comme la première dérivée de la tension produite par rapport à la température :

S = d V /d T

L'effet Seebeck de spin :

Cependant, il a été découvert en 2008 que lorsque de la chaleur est appliquée à un métal magnétique, ses électrons se réorganisent selon leur spin. Cependant, cette réorganisation n'était pas responsable de la génération de chaleur. Ce phénomène est le même que l'effet Seebeck de spin. Cet effet a été utilisé dans la création de micro-interrupteurs rapides et efficaces.

Pourquoi le coefficient Seebeck augmente-t-il avec la température croissante ?

La conductivité électrique augmente avec la température, montrant des caractéristiques de semi-conducteur. Le coefficient Seebeck élevé et la faible conductivité électrique de CuAlO2 sont dus à la masse effective élevée des trous de charge.

Quel capteur détecte l'effet Seebeck ?

Le thermocouple est un dispositif électrique qui consiste en deux joints de métaux différents joints ensemble. Il est utilisé comme capteur de température. Il fonctionne sur le principe de l'effet Seebeck.

Applications de l'effet Seebeck :

• Les générateurs thermélectriques ont de nombreuses applications potentielles, notamment la production d'énergie pour les lieux isolés ou hors réseau, la récupération de chaleur perdue et la mesure de la température. Ils sont particulièrement utiles dans des situations où d'autres formes de production d'énergie ne sont pas pratiques, telles que dans les engins spatiaux ou dans des zones reculées où l'accès au carburant est limité.

• Cet effet Seebeck est fréquemment utilisé dans les thermocouples pour mesurer les variations de température ou pour activer des interrupteurs électriques qui allument ou éteignent le système. Les combinaisons de métaux de thermocouples couramment utilisées incluent constantan/cuivre, constantan/fer, constantan/chrome et constantan.

• L'effet Seebeck est utilisé dans les générateurs thermélectriques, qui servent de moteurs thermiques.

• Ces derniers sont également utilisés dans certaines centrales électriques pour convertir la chaleur perdue en énergie supplémentaire.

• En plus de leur utilisation dans les générateurs thermélectriques, l'effet Seebeck et les phénomènes connexes, tels que l'effet Peltier et l'effet Thomson, ont de nombreuses autres applications dans des domaines tels que la thermométrie et la thermophysique. Ils sont également utilisés dans l'étude des matériaux et dispositifs thermélectriques.

Limites de l'effet Seebeck :

Un inconvénient des générateurs thermélectriques est qu'ils ne sont pas très efficaces. L'efficacité d'un générateur thermélectrique est généralement mesurée par son facteur de mérite, qui est une mesure de la capacité du dispositif à convertir la chaleur en électricité. La plupart des générateurs thermélectriques ont un facteur de mérite inférieur à 1, ce qui signifie qu'ils convertissent moins de 1% de la chaleur qu'ils absorbent en électricité. Cette faible efficacité limite les applications pratiques des générateurs thermélectriques, mais les chercheurs travaillent à développer de nouveaux matériaux et designs qui pourraient améliorer leur efficacité à l'avenir.

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