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Efeito Peltier-Seebeck

O efeito Seebeck é a produção de uma diferença de potencial (tensão elétrica) entre duas junções de condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes quando elas estão a diferentes temperaturas (força eletromotriz térmica).

É o reverso do efeito Peltier que é a produção de um gradiente de temperatura em duas junções de dois condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes quando submetidos a uma diferença de potencial (tensão elétrica) em um circuito fechado (consequentemente, percorrido por uma corrente elétrica).

Estes dois efeitos podem ser também considerados como um só e denominado de efeito Peltier-Seebeck ou efeito termoelétrico.

O efeito Seebeck é devido a dois fenômenos: difusão de portadores de carga e arrastamento fônon.

Índice

HistóricoEditar

O efeito Seebeck foi observado pela primeira vez em 1821 quando o físico Thomas Johann Seebeck estudava fenômenos termoelétricos.

Princípios FísicosEditar

O princípio termoelétrico dos termopares deriva de uma propriedade física dos condutores metálicos submetidos a um gradiente térmico em suas extremidades: a extremidade mais quente faz com que os elétrons dessa região tenham maior energia cinética e se acumulem no lado mais frio, gerando uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades do condutor na ordem de alguns milivolts (mV).

Na figura acima o valor da força eletro motriz   depende da natureza dos materiais e do gradiente de temperatura nos mesmos. Quando o gradiente de temperatura é linear, a diferença de potencial elétrico   depende apenas do material e das temperaturas   e  , ( ), formalmente representado pela fórmula:

 

onde S é o coeficiente termodinâmico de Seebeck,   é a diferença de temperatura   e   é a diferença de potencial elétrico usualmente medido em milivolts em função da diferença de temperatura (mV/°C).

Quando dois condutores metálicos A e B de diferentes naturezas são acoplados mediante um gradiente de temperatura, os elétrons de um metal tendem a migrar de um condutor para o outro, gerando uma diferença de potencial elétrico num efeito semelhante a uma pilha eletroquímica. Esse efeito é conhecido como Efeito Seebeck sendo capaz de transformar energia térmica em energia elétrica com base numa fonte de calor mediante propriedades físicas dos metais.

A figura acima representa dois metais acoplados num dispositivo termopar do tipo T (Cu 100 %; Constantan, Cu 55 %, Ni 45 %). Quando associamos dois metais num termopar, a força eletro motriz gerada é:

 

onde SA e SB são os coeficientes de Seebeck dos metais A e B, T1 e T2 representam a diferença de temperatura na junção dos materiais. Os coeficientes de Seebeck são não-lineares e dependem da temperatura absoluta, material, e da estrutura molecular. Se os coeficientes de Seebeck podem ser considerados efetivamente constantes numa certa gama de temperatura, a fórmula acima pode ser aproximada por:

 

Desse modo é possível obter-se energia elétrica usando-se uma fonte de calor.

UtilizaçãoEditar

Atualmente o efeito Seebeck é muito utilizado para a construção de termômetros em que se mede diferença de temperatura através de um voltímetro calibrado para este fim.

Outra aplicação deste mesmo efeito é a construção de pilhas atômicas (Gerador termoelétrico de radioisótopos) para produzir pequenas potências, mas de longa duração, o que é necessário em situações especiais como na sonda Cassini-Huygens e nas sondas Voyager.

DesvantagemEditar

A maior desvantagem da utilização da geração de energia termelétrica direta é a baixa potência. Isto obriga a construção de milhares de células termelétricas para a obtenção de alguns Watts de potência.

Ver tambémEditar