Termoelektro

El Vikipedio, la libera enciklopedio
Saltu al: navigado, serĉo

Termoelektro aŭ termoelektreco signifas reciprokan influon temperaturo kaj elektro kaj ties transformon de unu al la alia. La Seebeck-efiko (ankaŭ termoelektra efiko), la Peltier-efiko kaj la Thomson-efiko priskribas same ŝanĝon inter tiuj du fizikaj grandoj.

Seebeck-efiko[redakti | redakti fonton]

La Seebeck-efiko estigas elektran tension inter du punktoj de elektraj konduktiloj, kiuj estas je malsama temperaturo. Tiu efiko estas uzata ĉe termoparoj kaj termoelektraj generatoroj.

La elektra tensio estas

U_{\rm Seebeck} = \alpha \cdot \Delta T

kie
\Delta T - estas la temperatura diferenco inter la kondukaj materialoj
\alpha - Seebeck-koeficiento aŭ tielnomata „termoforto“

Por teknika uzo de la efiko necesas du malsammateriaj elektraj kondukiloj, kies elektrona varmokapacito malsamas (do la Seebeck-koeficiento), tio signifas, ke iliaj elektronoj havas malsamajn movenergiojn ĉe la sama temperaturo. Se oni kunligas tiujn elementojn, estiĝas termoparo, en kiu la elektronoj moviĝas en la pli malalt-energian direkton.

Se oni kunligas du kondukajn materialojn (A kaj B) en sinsekvo de A-B-A, la termotensio U iĝas:

U = \alpha_A \cdot (T_U - T_H) 
+ \alpha_B \cdot (T_H - T_C) 
+ \alpha_A \cdot (T_C - T_U)

U = (\alpha_B - \alpha_A) \cdot (T_H - T_C)

kie
T_U estas temperaturo de A (kutime la ĉirkaŭa temperaturo)
T_H temperaturo de transiro A-B
T_C temperaturo de transiro B-A
\alpha_A - Seebeck-koeficiento de A
\alpha_B - Seebeck-koeficiento de B

La estiĝanta tensio estas sendependa de la ĉirkaŭa temperaturo kaj dependas nur de la temperatura diferenco (T_H - T_C) de la kunligaj punktoj.

La fizikan fenomenon malkovris Thomas Johann Seebeck, kiu pruvis la elektran fluon per kompaso (kiu reagis al la magneta kampo ĉirkaŭ la elektrokurento). Li uzis la fenomenon en 1821, per la unua termoparo.

Peltier-efiko[redakti | redakti fonton]

La Peltier-efiko priskribas la termofluon pro ekstera elektra kurento. La efikon malkovris Jean Peltier en 1834.

La Peltier-efiko okazas, kiam elektronoj trafluas du kunligitajn kondukajn materialojn havantajn malsaman elektronan varmokapaciton. Malalt-energiaj elektronoj fluantaj al pli altenergia loko tie okazigas malvarmiĝon, male ili okazigas varmiĝon.

Thomson-efiko[redakti | redakti fonton]

La Thomson-efiko (nomata laŭ William Thomson, 1856) priskribas la ŝanĝiĝintan varmotransporton apud elektrotrafluita kondukilo, kiu havas temperaturgradienton.

La elektrodenso J en homogena kondukilo kaŭzas varmon po volumena unuo de:

q = \rho J^2 - \mu J dT/dx \,

kie

ρ specifa rezistanco de la materialo

dT/dx temperaturgradiento en la kondukilo

μ Thomson-koeficiento

La unua esprimo ρ J estas nereturnebla Ĵula varmiĝo.

Novaj esploroj[redakti | redakti fonton]

Oni celas plibonigi la malaltan efikecon (3-8%) de la Peltier- kaj Seebeck-paroj. La malaltan efikecon kaŭzas la nedezirata varmotransporto inter la materialoj. Novaj procezoj celas elimini tion per termotunela procezo: oni volas estigi inter la kondukiloj senaeran fendon, kies larĝo estu tamen sufiĉe malgranda, por ke la elektronoj povas trapasi ĝin.