Termocoppie e Effetto Termoelettrico
L’effetto termoelettrico è un fenomeno che permette la conversione diretta delle differenze di temperatura in tensione elettrica e viceversa, attraverso un dispositivo chiamato termocoppia. Il riscaldamento di due materiali dissimili collegati porta al trasferimento di elettroni tra i materiali, generando un flusso di corrente. Le termocoppie sono dispositivi elettrici composti da due conduttori elettrici dissimili che formano un giunto elettrico. Queste producono una tensione dipendente dalla temperatura a causa dell’effetto termoelettrico, e tale tensione può essere interpretata per misurare la temperatura.
Tipi di Termocoppie
Ad esempio, il constantan è l’elemento negativo della termocoppia di tipo J, con il ferro positivo. Queste termocoppie sono utilizzate in applicazioni di trattamento termico. Inoltre, il constantan è l’elemento negativo della termocoppia di tipo T, con il rame positivo, utilizzate a temperature criogeniche.
Effetto Seebeck
L’effetto Seebeck è un fenomeno in cui una differenza di temperatura tra due conduttori elettrici o semiconduttori dissimili produce una differenza di tensione tra le due sostanze. Questo effetto fu riportato per la prima volta da Thomas Seebeck nel 1821. La tensione generata dipende dal coefficiente di Seebeck S (S = V/ΔT) e dalla differenza di temperatura tra le due giunzioni nella termocoppia.
Effetto Peltier
L’effetto Peltier, scoperto dal fisico francese Jean Charles Athanase Peltier nel 1834, è l’analogo dell’effetto Seebeck. Invece di generare una differenza di potenziale, l’effetto Peltier utilizza una fonte elettromotrice per guidare una corrente, riscaldando una giunzione e raffreddando l’altra. Il coefficiente Peltier (π) è determinato dal rapporto della corrente (I) alla velocità di riscaldamento (q): π = I/q. Esso rappresenta quanto calore viene trasportato per unità di carica.
Effetto Thomson
L’effetto Thomson descrive la corrente elettrica che si sviluppa in un singolo conduttore quando viene applicato un piccolo gradiente di temperatura. Questa relazione è descritta dall’equazione q = βIΔT, dove q è la velocità di riscaldamento, I è una corrente elettrica, ΔT è il cambiamento di temperatura, e β è il coefficiente di Thomson.
Materiali Termoelettrici
I materiali termoelettrici convertono l’energia termica in energia elettrica attraverso un processo noto come conversione termoelettrica. Questi materiali devono avere sia un’elevata conduttività elettrica (σ) che una bassa conduttività termica (κ). Tre materiali comunemente usati per i generatori termoelettrici sono tellururo di bismuto (Bi2Te3), tellururo di piombo (PbTe) e germanio di silicio (SiGe). Oggi, la conduttività termica dei semiconduttori può essere abbassata senza influire sulle loro elevate proprietà elettriche grazie alla nanotecnologia.
