O Efecto Seebeck

O efecto Seebeck é un fenómeno no que se xera unha diferenza de potencial entre os extremos dun conductor cando a temperatura nun dos extremos é diferente da temperatura no outro. Recibe o nome do físico alemán Thomas Johann Seebeck, que o describiu por primeira vez a principios do século XIX.

Definir o efecto Seebeck?

O efecto Seebeck basease no feito de que o movemento dos portadores de carga, como os eléctrons, nun conductor xera calor. Cando se aplica unha diferenza de temperatura a través dun conductor, os portadores de carga no extremo quente teñen máis enerxía cinética que os do extremo frío, provocando un fluxo nexo de carga dende o extremo quente ao frío. Este fluxo de carga crea unha diferenza de potencial a través do conductor, que pode medirse usando un voltímetro.

A magnitude da tensión xerada polo efecto Seebeck é proporcional á diferenza de temperatura a través do conductor e as propiedades do propio conductor. Diferentes materiais teñen diferentes coeficientes Seebeck, que describen a tensión xerada por unidade de diferenza de temperatura.

O efecto Seebeck é a base do funcionamento dos xeradores termoeléctricos, que son dispositivos que convierten o calor en electricidade. Funcionan utilizando o efecto Seebeck para xerar unha diferenza de potencial a través dun conductor, e despois usan esa tensión para impulsar unha corrente a través dunha carga externa, como unha bombilla ou unha batería.

O Coeficiente Seebeck:

O coeficiente Seebeck é a tensión producida entre dous puntos dun conductor cando se mantén unha diferenza de temperatura de 1º Kelvin entre eles. A temperatura ambiente, unha combinación de cobre-constantán ten un coeficiente Seebeck de 41 microvoltios por Kelvin.

S = ΔV/ΔT = (Vfrío − Vcalor)/(Tcalor-Tfrío)

Onde,

• ΔV significa a diferenza de tensión obtida introducindo un pequeno cambio de temperatura (ΔT) ao longo do material.

• ΔV está definido como a tensión no lado frío menos a tensión no lado quente.

Se a diferenza entre Vfrío e Vcalor é negativa, o coeficiente Seebeck é negativo.

Se ΔT considerase pequeno.

Como resultado, podemos definir o coeficiente Seebeck como a primeira derivada da tensión producida respecto á temperatura:

S = d V /d T

O Efecto Seebeck de Spin:

No entanto, descubriuse en 2008 que cando se aplica calor a un metal magnético, os seus eléctrons reordenánse segundo o seu spin. No entanto, este reordenamento non era responsable da xeración de calor. Este fenómeno é o mesmo que o efecto Seebeck de spin. Este efecto foi empregado na creación de interruptores micro rápidos e eficientes.

Por que aumenta o coeficiente Seebeck con o aumento da temperatura?

A conductividade eléctrica aumenta co aumento da temperatura, mostrando características de semiconductores. O alto coeficiente Seebeck e a baixa conductividade eléctrica de CuAlO2 debense á masa efectiva alta dos buracos de carga.

Que sensor detecta o efecto Seebeck?

O termopar é un dispositivo eléctrico que consiste en dúas xuntas de metais disímiles unidas xuntas. Empregase como sensor de temperatura. Funciona segundo o principio do efecto Seebeck.

Aplicacións do efecto Seebeck:

• Os xeradores termoeléctricos teñen varias aplicacións potenciais, incluíndo a xeración de enerxía para locais remotos ou fora da rede, a recuperación de calor residual e a medida de temperaturas. Son particularmente útiles en situacións nas que outras formas de xeración de enerxía non son prácticas, como en naves espaciais ou en zonas remotas onde o acceso ao combustible é limitado.

• Este efecto Seebeck fai uso frecuente nos termopares para medir variacións de temperatura ou para activar interruptores eléctricos que encenden ou apagan o sistema. As combinacións de metais de termopares comúnmente utilizadas inclúen constantán/cobre, constantán/hierro, constantán/cromo, e constantán.

• O efecto Seebeck fai uso nos xeradores termoeléctricos, que actúan como motores térmicos.

• Estes tamén se utilizan en algúns centros de enerxía para converter o calor residual en enerxía adicional.

• Ademais do seu uso en xeradores termoeléctricos, o efecto Seebeck e fenómenos relacionados, como o efecto Peltier e o efecto Thomson, teñen varias aplicacións en campos como a termometría e a termodinámica. Tamén se utilizan no estudo de materiais e dispositivos termoeléctricos.

Limitacións do efecto Seebeck:

Un inconveniente dos xeradores termoeléctricos é que non son moi eficientes. A eficiencia dun xerador termoeléctrico mideuse xeralmente polo seu mérito de figura, que é unha medida da capacidade do dispositivo para converter calor en electricidade. A maioría dos xeradores termoeléctricos teñen un mérito de figura inferior a 1, significando que convertemen menos do 1% do calor que absorben en electricidade. Esta baixa eficiencia limita as aplicacións prácticas dos xeradores termoeléctricos, pero os investigadores están traballando no desenvolvemento de novos materiais e deseños que poden mellorar a súa eficiencia no futuro.

Declaración: Respetar o orixinal, artigos boos merecen ser compartidos, se hai algún dereito de autor, póñase en contacto para eliminar.