Efecto termoeléctrico
El efecto termoeléctrico es la conversión directa de las diferencias de temperatura en voltaje eléctrico y viceversa a través de un termopar . [1] Un dispositivo termoeléctrico crea un voltaje cuando hay una temperatura diferente en cada lado. Por el contrario, cuando se le aplica un voltaje, el calor se transfiere de un lado al otro, creando una diferencia de temperatura. A escala atómica, un gradiente de temperatura aplicado hace que los portadores de carga en el material se difundan del lado caliente al lado frío.
Este efecto se puede utilizar para generar electricidad , medir la temperatura o cambiar la temperatura de los objetos. Debido a que la dirección de calentamiento y enfriamiento se ve afectada por el voltaje aplicado, los dispositivos termoeléctricos se pueden usar como controladores de temperatura.
El término "efecto termoeléctrico" abarca tres efectos identificados por separado: el efecto Seebeck , el efecto Peltier y el efecto Thomson . Los efectos Seebeck y Peltier son manifestaciones diferentes del mismo proceso físico; los libros de texto pueden referirse a este proceso como el efecto Peltier-Seebeck (la separación se deriva de los descubrimientos independientes del físico francés Jean Charles Athanase Peltier y el físico alemán báltico Thomas Johann Seebeck ). El efecto Thomson es una extensión del modelo Peltier-Seebeck y se le atribuye a Lord Kelvin .
El calentamiento por Joule , el calor que se genera cada vez que pasa una corriente a través de un material conductor , generalmente no se denomina efecto termoeléctrico. Los efectos Peltier-Seebeck y Thomson son termodinámicamente reversibles , [2] mientras que el calentamiento Joule no lo es.
El efecto Seebeck es la fuerza electromotriz (fem) que se desarrolla a través de dos puntos de un material conductor de electricidad cuando hay una diferencia de temperatura entre ellos. La fem se llama fem Seebeck (o fem termo / térmica / termoeléctrica). La relación entre la fem y la diferencia de temperatura es el coeficiente de Seebeck. Un termopar mide la diferencia de potencial entre un extremo frío y uno caliente para dos materiales diferentes. Esta diferencia de potencial es proporcional a la diferencia de temperatura entre los extremos fríos y calientes. Descubierto por primera vez en 1794 por el científico italiano Alessandro Volta , [3] [nota 1] lleva el nombre del físico alemán báltico Thomas Johann Seebeck, quien en 1821 lo redescubrió de forma independiente. [4] Se observó que la aguja de una brújula sería desviada por un bucle cerrado formado por dos metales diferentes unidos en dos lugares, con una diferencia de temperatura aplicada entre las juntas. Esto se debió a que los niveles de energía de los electrones cambiaron de manera diferente en los diferentes metales, creando una diferencia de potencial entre las uniones que a su vez creaban una corriente eléctrica a través de los cables y, por lo tanto, un campo magnético alrededor de los cables. Seebeck no reconoció que había una corriente eléctrica involucrada, por lo que llamó al fenómeno "efecto termomagnético". El físico danés Hans Christian Ørsted rectificó el descuido y acuñó el término "termoelectricidad". [5]
El efecto Seebeck es un ejemplo clásico de fuerza electromotriz (EMF) y conduce a corrientes o voltajes medibles de la misma manera que cualquier otro EMF. La densidad de corriente local está dada por
