Efeito 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 termelétrico.
O efeito Seebeck é devido a dois fenômenos: difusão de portadores de carga e arrastamento fônon.
Histórico
O efeito Seebeck foi observado pela primeira vez em 1821 quando o físico Thomas Johann Seebeck estudava fenômenos termoelétricos.
Princípios Físicos
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 <math>\Delta E</math> depende da natureza dos materiais e do gradiente de temperatura nos mesmos. Quando o gradiente de temperatura é linear, a diferença de potencial elétrico <math>\Delta E = E_2 - E_1 > 0</math> depende apenas do material e das temperaturas <math>T_1</math> e <math>T_2</math>, (<math>T_2 > T_1</math>), formalmente representado pela fórmula:
- <math>
S = {\Delta E \over \Delta T} </math>
onde S é o coeficiente termodinâmico de Seebeck, <math>\Delta T</math> é a diferença de temperatura <math>\Delta T = T_2 - T_1</math> e <math>\Delta E</math> 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:
- <math>E = \int_{T_1}^{T_2} \left( S_\mathrm{B}(T) - S_\mathrm{A}(T) \right) \, dT</math>
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:
- <math>E = (S_\mathrm{B} - S_\mathrm{A}) \cdot (T_2 - T_1)</math>
Desse modo é possível obter-se energia elétrica usando-se uma fonte de calor.
Utilização
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.
Desvantagem
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 também
de:Thermoelektrizität#Seebeck-Effekt en:Thermoelectric effect#Seebeck effect