Termoelectricitate. Reprezentare graficaTransformarea diferenţelor de temperatură direct în electricitate ar putea fi o modalitatea eficientă de exploatare a căldurii care este risipită de maşini şi centralele electrice. Citiţi în continuare despre efectele Peltier-Seebeck şi Thomson.

 

 

 

Termoelectricitatea este un proces bidirecţional. Se poate referi fie la o diferenţă de temperatură între o parte a unui material şi la o alta care produce electricitatea, fie la inversul acestei acţiuni: aplicarea unui curent electric printr-un material poate produce diferenţe de temperatură între cele două părţi, diferenţe ce pot fi folosite să încălzească sau să răcească lucruri fără ardere sau mişcări ale părţilor lucrurilor. Este un domeniu pentru care MIT face muncă de pionierat de ani de zile.

Prima parte a efectului termoelectric, conversia căldurii în electricitate, a fost descoperită de fizicianul estonian Thomas Seebeck şi a fost explorată mai în detaliu de fizicianul francez Jean Peltier, acest efect fiind numit uneori efectul Peltier-Seebeck.

 

Fenomenul invers, în cazul în care încălzirea sau răcirea poate fi produsă de rularea unui curent electric printr-un material, a fost descoperit în 1851 de William Thomson, cunoscut şi sub numele de Lord Kelvin (după care este numită scara de temperatură absolută Kelvin), fenomenul fiind numit efectul Thomson.

Efectul este cauzat de purtătorii de sarcină din cadrul materialului (fie de electroni, fie de locurile unde electronul lipseşte, cunoscute sub numele de „găuri”) care difuzează din partea mai caldă în partea mai rece, similar cazului în care gazele se extind atunci când sunt încălzite. Proprietatea termoelectrică a unui material este măsurată în volţi per grad Kelvin.




Aceste efecte, care sunt în general ineficiente, au început să fie dezvoltate în produse practice, cum ar fi generatoarele de curent electric pentru nave spaţiale, în anii `60 de către cercetători, inclusiv de Paul Gray, profesor de inginerie electrică, care ulterior va deveni preşedinte MIT. Această muncă a fost făcută începând din 1990 de către Institutul de Profesori Mildred Dresselhaus, Theodore Harman şi colaboratorii săi de la Laboratorul Lincoln de la MIT şi alţi cercetători de la MIT, care au lucrat pentru dezvoltarea unor noi materiale bazate pe semiconductori, materiale folosite la computere şi industria electronicelor pentru a converti diferenţele de temperatură mai eficient în electricitate, şi pentru a beneficia de inversul efectului pentru a produce răcirea şi încălzirea dispozitivelor fără a avea componente în mişcare.

Problema principală în crearea eficientă de materiale termoelectrice este aceea că acestea trebuie să fie bune conductoare de electricitate, dar nu şi de energie termică. În acest fel, o parte se poate încălzi în timp ce alta devine rece, în loc ca materialele să egalizeze repede temperatura. Dar, la cele mai multe materiale, conductivitatea electrică şi termală merg mână în mână. Noi materiale dezvoltate de nano-inginerie oferă o modalitate de a ajusta această principală problemă, făcând posibilă modificarea proprietăţilor termice şi electrice ale materialului. Câteva grupuri de la MIT, inclusiv cele conduse de profesorii Gang Chen şi Michael Strano, dezvoltă aceste tipuri de materiale.

Astfel de sisteme sunt produse pentru încălzirea şi răcirea unor varietăţi de lucruri, cum ar fi scaunele auto, transportatorii de mâncare şi băutură şi cipurile de calculator. De asemenea, în curs de dezvoltare de către cercetători, inclusiv şi de către Anantha Chandrakasan de la MIT, sunt sistemele ce folosesc efectul Peltier-Seebeck pentru a recolta căldura ce se pierde de la orice lucruri, incluzând dispozitivele electronice, maşinile şi centralele electrice, cu scopul de a produce electricitate utilizabilă, îmbunătăţindu-se astfel eficienţă globală.

 

 

Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului Explained: Thermoelectricity, publicat de http://web.mit.edu.
Traducere: Duceac Irina