{"id":78499,"date":"2024-01-14T13:14:17","date_gmt":"2024-01-14T13:14:17","guid":{"rendered":"https:\/\/www.electricity-magnetism.org\/thermoelektrizitaet-thermoelektrischer-effekt\/"},"modified":"2024-01-14T16:35:13","modified_gmt":"2024-01-14T16:35:13","slug":"thermoelektrizitaet-thermoelektrischer-effekt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.electricity-magnetism.org\/de\/thermoelektrizitaet-thermoelektrischer-effekt\/","title":{"rendered":"Thermoelektrizit\u00e4t – Thermoelektrischer Effekt"},"content":{"rendered":"

Thermoelektrizit\u00e4t – Der Thermoelektrische Effekt<\/h2>\n

Thermoelektrizit\u00e4t entsteht durch den thermoelektrischen Effekt, der die direkte Umwandlung von Temperaturunterschieden in elektrische Spannung und umgekehrt erm\u00f6glicht. Dies geschieht mittels eines Thermopaares. Erhitzt man zwei unterschiedliche Materialien, die miteinander verbunden sind, so kommt es zum Elektronentransfer zwischen den Materialien, was zu einem Stromfluss f\u00fchrt.<\/p>\n

Der Seebeck-Effekt<\/h2>\n

Der Seebeck-Effekt tritt auf, wenn zwischen zwei verschiedenen elektrischen Leitern oder Halbleitern ein Temperaturunterschied eine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Stoffen erzeugt. Entsteht ein Temperaturgradient an einer Verbindung zweier unterschiedlicher Leiter, die elektrisch in Serie und thermisch parallel geschaltet sind, wird eine Spannung erzeugt. Dieser Effekt wurde erstmals 1821 von Thomas Seebeck berichtet. Die erzeugte Spannung h\u00e4ngt vom Seebeck-Koeffizienten S (S = V\/\u0394T) und dem Temperaturunterschied zwischen den beiden Verbindungen im Thermopaar ab.<\/p>\n

Der Peltier-Effekt<\/h2>\n

Der Peltier-Effekt, benannt nach dem franz\u00f6sischen Physiker Jean Charles Athanase Peltier, ist das Analogon zum Seebeck-Effekt. Hier wird W\u00e4rme oder K\u00e4lte an einer elektrifizierten Verbindung zweier unterschiedlicher Leiter erzeugt. Der Peltier-Koeffizient (\u03c0) wird bestimmt durch das Verh\u00e4ltnis des Stroms (I) zur Heizrate (q): \u03c0 = I\/q. Dieser repr\u00e4sentiert, wie viel W\u00e4rme pro Ladungseinheit transportiert wird. Die Richtung von \u03c0 wird durch die Erw\u00e4rmung und K\u00fchlung der Verbindungen bestimmt. Thermoelektrische W\u00e4rmepumpen nutzen diesen Effekt, ebenso wie K\u00fchlger\u00e4te in K\u00fchlschr\u00e4nken.<\/p>\n

Der Thomson-Effekt<\/h2>\n

Der Thomson-Effekt beschreibt den entstehenden elektrischen Strom in einem einzelnen Leiter, wenn ein kleiner Temperaturgradient angelegt wird. Diese Beziehung wird durch die Gleichung q = \u03b2I\u0394T beschrieben, wobei q die Heizrate, I der elektrische Strom, \u0394T die Temperatur\u00e4nderung und \u03b2 der Thomson-Koeffizient ist. Lord Kelvin verkn\u00fcpfte alle drei thermoelektrischen Koeffizienten in den Kelvin-Beziehungen.<\/p>\n

Mechanismen des Thermoelektrischen Effekts<\/h2>\n

Werden zwei ungleiche Metalle wie Kupfer und Zink verbunden, kann ein Elektronentransfer stattfinden. Die Elektronen verlassen die Kupferatome und treten in die Zinkatome ein, was zu einer Spannungsdifferenz f\u00fchrt. Dieses Ph\u00e4nomen findet bereits bei Raumtemperatur statt und verst\u00e4rkt sich mit zunehmender Hitze.<\/p>\n

Anwendungen des Thermoelektrischen Effekts<\/h2>\n

Thermoelektrische Generatoren (TEGs) wandeln W\u00e4rmefluss direkt in elektrische Energie um. Sie sind kompakt, haben keine beweglichen Teile, sind aber oft teurer und weniger effizient als traditionelle W\u00e4rmekraftmaschinen. Thermoelektrische K\u00fchlung nutzt den Peltier-Effekt, um eine W\u00e4rmefluss an der Verbindung zweier unterschiedlicher Materialien zu erzeugen. Thermoelemente, bestehend aus zwei unterschiedlichen elektrischen Leitern, erzeugen eine temperaturabh\u00e4ngige Spannung, die zur Temperaturmessung verwendet werden kann.<\/p>\n

Thermoelektrische Materialien<\/h2>\n

Thermoelektrische Materialien konvertieren thermische in elektrische Energie. Sie ben\u00f6tigen eine hohe elektrische Leitf\u00e4higkeit (\u03c3) und eine niedrige thermische Leitf\u00e4higkeit (\u03ba). Bekannte Halbleitermaterialien in diesem Bereich sind Bismut-Tellurid (Bi2Te3), Blei-Tellurid (PbTe) und Silizium-Germanium (SiGe). Durch Nanotechnologie k\u00f6nnen heute die thermischen Eigenschaften von Halbleitern verbessert werden, ohne deren elektrische Eigenschaften zu beeintr\u00e4chtigen.<\/p>\n

Thermoelektrischer Generator – Seebeck-Generator<\/h2>\n

Thermoelektrische Generatoren werden f\u00fcr die Stromerzeugung in entlegenen Gebieten, in der Raumfahrt und dort eingesetzt, wo Abw\u00e4rme genutzt werden kann. Sie bieten eine potenzielle Energiequelle f\u00fcr Entwicklungsl\u00e4nder in abgelegenen Gebieten. Eine einfache Holzverbrennung oder ein offenes Feuer k\u00f6nnte als Ladestation f\u00fcr Mobiltelefone oder zur Versorgung von LED-Beleuchtung in kleinen D\u00f6rfern dienen. Trotz der Zuverl\u00e4ssigkeit und Langlebigkeit traditioneller thermoelektrischer Ger\u00e4te wird ihre Nutzung durch die geringe Effizienz und die hohen spezifischen Kosten eingeschr\u00e4nkt.<\/p>\n

\"Thermoelectricity<\/p>\n

\n Original Article<\/a>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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