Effet Thomson : Un Résumé de 30 Secondes sur la Thermoélectricité
La thermoélectricité est produite par l’effet thermoélectrique, qui est la conversion directe des différences de température en tension électrique et vice versa via un thermocouple. Le chauffage de deux matériaux dissemblables joints provoquera un transfert d’électrons entre les matériaux, créant ainsi un flux de courant. Dans différents matériaux, le coefficient de Seebeck n’est pas constant en température, entraînant un gradient dans le coefficient de Seebeck en présence d’un gradient de température. Si un courant est dirigé à travers ce gradient, une version continue de l’effet Peltier se produira. L’effet Thomson décrit le courant électrique résultant qui se développe dans un seul conducteur lorsqu’un petit gradient de température est appliqué.
Effet Seebeck
L’effet Seebeck est un phénomène dans lequel une différence de température entre deux conducteurs électriques ou semi-conducteurs dissemblables produit une différence de tension entre les deux substances. Si un gradient de température existe à une jonction de deux conducteurs dissemblables connectés électriquement en série et thermiquement en parallèle, une tension est produite. La tension générée dépend du coefficient de Seebeck S (S = V/ΔT) et de la différence de température entre les deux jonctions dans le thermocouple.
Effet Peltier
L’effet Peltier, analogue à l’effet Seebeck, est la présence de chauffage ou de refroidissement à une jonction électrifiée de deux conducteurs différents. Au lieu de générer une différence de potentiel à travers C et D avec des jonctions J1 et J2 maintenues à des températures différentes, l’effet Peltier utilise une source électromotrice pour entraîner un courant, chauffant une jonction et refroidissant l’autre. Le coefficient Peltier (π) est déterminé par le rapport du courant (I) au taux de chauffage (q) : π = I/q. Il représente la quantité de chaleur transportée par unité de charge. Le signe de π est déterminé par la jonction qui est chauffée et celle qui est refroidie.
Effet Thomson
Dans différents matériaux, le coefficient de Seebeck n’est pas constant en température, et donc un gradient spatial de température peut entraîner un gradient dans le coefficient de Seebeck. Si un courant est poussé à travers ce gradient, une version continue de l’effet Peltier se produira. L’effet Thomson décrit le courant électrique qui se développe dans un seul conducteur lorsqu’un petit gradient de température est appliqué. Cette relation est décrite par l’équation : q = βIΔT, où q est le taux de chauffage, I est un courant électrique, ΔT est la variation de température, et β est le coefficient Thomson.
Relations de Kelvin
Lord Kelvin a relié les trois coefficients thermoélectriques dans les relations de Kelvin. Ces équations décrivent comment les coefficients de Seebeck, Peltier et Thomson s’interrelient. L’effet Peltier peut être considéré comme la contrepartie de l’effet Seebeck : si un circuit thermoélectrique simple est fermé, alors l’effet Seebeck entraînera un courant, qui à son tour (par l’effet Peltier) transférera toujours la chaleur de la jonction chaude à la froide. La relation étroite entre les effets Peltier et Seebeck peut être observée dans la connexion directe entre leurs coefficients : La seconde relation de Thomson : Π = TS où Π est le coefficient Peltier, T est la température absolue, et S est le coefficient de Seebeck.
