O Efeito Seebeck

O efeito Seebeck é um fenômeno no qual uma tensão é gerada entre as extremidades de um condutor quando a temperatura em uma extremidade é diferente da temperatura na outra extremidade. É nomeado em homenagem ao físico alemão Thomas Johann Seebeck, que o descreveu pela primeira vez no início do século XIX.

Definir o efeito Seebeck?

O efeito Seebeck baseia-se no fato de que o movimento de portadores de carga, como elétrons, em um condutor gera calor. Quando uma diferença de temperatura é aplicada em um condutor, os portadores de carga na extremidade quente têm mais energia cinética do que aqueles na extremidade fria, levando a um fluxo líquido de carga da extremidade quente para a fria. Este fluxo de carga cria uma tensão através do condutor, que pode ser medida usando um voltímetro.

A magnitude da tensão gerada pelo efeito Seebeck é proporcional à diferença de temperatura através do condutor e às propriedades do próprio condutor. Diferentes materiais possuem diferentes coeficientes de Seebeck, que descrevem a tensão gerada por unidade de diferença de temperatura.

O efeito Seebeck é a base para o funcionamento dos geradores termoelétricos, que são dispositivos que convertem calor em eletricidade. Eles funcionam utilizando o efeito Seebeck para gerar uma tensão através de um condutor, e então utilizando essa tensão para conduzir uma corrente através de uma carga externa, como uma lâmpada ou uma bateria.

O Coeficiente de Seebeck:

O coeficiente de Seebeck é a tensão produzida entre dois pontos em um condutor quando uma diferença de temperatura de 1º Kelvin é mantida entre eles. A temperatura ambiente, uma combinação de cobre e constantan tem um coeficiente de Seebeck de 41 microvolts por Kelvin.

S = ΔV/ΔT = (Vfrio − Vquente)/(Tquente-Tfrio)

Onde,

• ΔV significa a diferença de tensão obtida introduzindo uma pequena mudança de temperatura (ΔT) ao longo do material.

• ΔV é definido como a tensão no lado frio menos a tensão no lado quente.

Se a diferença entre Vfrio e Vquente for negativa, o coeficiente de Seebeck será negativo.

Se ΔT for considerado pequeno.

Como resultado, podemos definir o coeficiente de Seebeck como a primeira derivada da tensão produzida em relação à temperatura:

S = d V /d T

O Efeito Spin Seebeck:

No entanto, foi descoberto em 2008 que, quando o calor é aplicado a um metal magnético, seus elétrons se rearranjam de acordo com seu spin. No entanto, esse rearranjo não era responsável pela geração de calor. Este fenômeno é o mesmo que o efeito spin Seebeck. Este efeito foi empregado na criação de microinterruptores rápidos e eficientes.

Por que o coeficiente de Seebeck aumenta com o aumento da temperatura?

A condutividade elétrica aumenta com o aumento da temperatura, exibindo características de semicondutor. O alto coeficiente de Seebeck e a baixa condutividade elétrica do CuAlO2 são devidos à alta massa efetiva dos buracos de carga.

Qual sensor detecta o efeito Seebeck?

O termopar é um dispositivo elétrico que consiste em duas juntas de metais dissimilares unidas. Ele é empregado como sensor de temperatura. Funciona com base no princípio do efeito Seebeck.

Aplicações do efeito Seebeck:

• Os geradores termoelétricos têm várias aplicações potenciais, incluindo geração de energia para locais remotos ou fora da rede, recuperação de calor residual e detecção de temperatura. Eles são particularmente úteis em situações onde outras formas de geração de energia não são práticas, como em naves espaciais ou em áreas remotas onde o acesso a combustível é limitado.

• Este efeito Seebeck é frequentemente utilizado em termopares para medir variações de temperatura ou para ativar interruptores elétricos que ligam ou desligam o sistema. As combinações metálicas de termopares comumente utilizadas incluem constantan/cobre, constantan/ferro, constantan/chrome e constantan.

• O efeito Seebeck é empregado em geradores termoelétricos, que servem como motores térmicos.

• Estes também são utilizados em algumas usinas de energia para converter calor residual em energia adicional.

• Além de sua utilização em geradores termoelétricos, o efeito Seebeck e fenômenos relacionados, como o efeito Peltier e o efeito Thomson, têm diversas outras aplicações em campos como a termometria e a termodinâmica. Eles também são utilizados no estudo de materiais e dispositivos termoelétricos.

Limitações do efeito Seebeck:

Uma desvantagem dos geradores termoelétricos é que eles não são muito eficientes. A eficiência de um gerador termoelétrico é geralmente medida por seu mérito figura, que é uma medida da capacidade do dispositivo de converter calor em eletricidade. A maioria dos geradores termoelétricos tem um mérito figura inferior a 1, o que significa que convertem menos de 1% do calor que absorvem em eletricidade. Esta baixa eficiência limita as aplicações práticas dos geradores termoelétricos, mas pesquisadores estão trabalhando no desenvolvimento de novos materiais e designs que podem melhorar sua eficiência no futuro.

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