![\"Thermoelectricity](\"https:\/\/www.electricity-magnetism.org\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/Thermoelectric-effect-animated-1.gif\")
<\/p>\nLa termoelettricit\u00e0 si genera attraverso l’effetto termoelettrico, ovvero la conversione diretta delle differenze di temperatura in tensione elettrica e viceversa, attraverso un termocoppia. Riscaldando due materiali dissimili uniti si causa un trasferimento di elettroni tra i materiali, instaurando un flusso di corrente.<\/p>\n
Un generatore termoelettrico (TEG), noto anche come generatore di Seebeck, \u00e8 un dispositivo a stato solido che converte direttamente il flusso di calore (differenze di temperatura) in energia elettrica attraverso un fenomeno chiamato effetto Seebeck.<\/p>\n
L’effetto Seebeck si manifesta quando una differenza di temperatura tra due conduttori o semiconduttori elettrici dissimili produce una differenza di tensione tra le due sostanze. Se esiste un gradiente di temperatura in una giunzione di due conduttori dissimili connessi elettricamente in serie e termicamente in parallelo, si produce una tensione. Questo calo di potenziale \u00e8 il risultato dell’effetto termoelettrico scoperto da Thomas Seebeck nel 1821. La tensione generata dipende dal coefficiente di Seebeck S (S = V\/\u0394T) e dalla differenza di temperatura tra le due giunzioni nel termocoppia.<\/p>\n
L’effetto Peltier, scoperto nel 1834 dal fisico francese Jean Charles Athanase Peltier, \u00e8 l’analogico dell’effetto Seebeck. Si manifesta come riscaldamento o raffreddamento in una giunzione elettrificata di due conduttori diversi. Il coefficiente Peltier (\u03c0) si determina dal rapporto della corrente (I) al tasso di riscaldamento (q): \u03c0 = I\/q. Rappresenta quanto calore \u00e8 trasportato per unit\u00e0 di carica. Il seg
\nno di \u03c0 \u00e8 determinato da quale giunzione \u00e8 riscaldata e quale \u00e8 raffreddata. Le pompe di calore Peltier coinvolgono molteplici giunzioni in serie, attraverso le quali scorre una corrente. Alcune giunzioni perdono calore a causa dell’effetto Peltier, mentre altre ne guadagnano. Questo fenomeno \u00e8 sfruttato sia nelle pompe di calore termoelettriche sia nei dispositivi di raffreddamento termoelettrici come quelli trovati nei frigoriferi.<\/p>\n
L’effetto Thomson descrive la corrente elettrica che si sviluppa in un singolo conduttore quando viene applicato un piccolo gradiente di temperatura. Questa relazione \u00e8 descritta dall’equazione; q = \u03b2I\u0394T, dove q \u00e8 il tasso di riscaldamento, I \u00e8 una corrente elettrica, \u0394T \u00e8 il cambiamento di temperatura, e \u03b2 \u00e8 il coefficiente Thomson. Lord Kelvin ha legato insieme tutti e tre i coefficienti termoelettrici nelle relazioni di Kelvin.<\/p>\n
Ad esempio, quando due metalli dissimili come rame e zinco sono uniti insieme, pu\u00f2 avvenire un trasferimento di elettroni. Gli elettroni lasceranno gli atomi di rame ed entreranno negli atomi di zinco. Lo zinco ottiene un surplus di elettroni e diventa negativamente carico. Il rame perde elettroni e assume una carica positiva. Questo crea un potenziale di tensione attraverso la giunzione dei due metalli. L’energia termica di una normale temperatura ambiente \u00e8 sufficiente a farli rilasciare e guadagnare elettroni, causando un potenziale di tensione misurabile.<\/p>\n
Il generatore termoelettrico (TEG) \u00e8 un dispositivo a stato solido che converte direttamente il flusso di calore in energia elettrica attraverso l’effetto Seebeck. Il raffreddamento termoelettrico utilizza l’effetto Peltier per creare un flusso di calore alla giunzione di due materiali diversi. I termocoppie sono dispositivi elettrici che producono una tensione dipendente dalla temperatura come risultato dell’effetto termoelettrico, e questa tensione pu\u00f2 essere interpretata per misurare la temperatura.<\/p>\n
I materiali termoelettrici convertono l’energia termica in energia elettrica attraverso la conversione termoelettrica. Questi materiali devono avere sia un’alta conduttivit\u00e0 elettrica (
\n\u03c3) sia una bassa conduttivit\u00e0 termica (\u03ba) per essere efficaci. Avere una bassa conduttivit\u00e0 termica garantisce che, quando un lato \u00e8 riscaldato, l’altro rimanga freddo, contribuendo a generare una grande tensione in un gradiente di temperatura. I tre materiali comunemente usati per i generatori termoelettrici sono tellururo di bismuto (Bi2Te3), tellururo di piombo (PbTe) e silicio germanio (SiGe). La scelta del materiale dipende dalle caratteristiche della fonte di calore, dal pozzo freddo e dalla progettazione del generatore termoelettrico.<\/p>\n
Un generatore termoelettrico (TEG), noto anche come generatore di Seebeck, \u00e8 un dispositivo a stato solido che converte il flusso di calore direttamente in energia elettrica attraverso l’effetto Seebeck. I materiali termoelettrici sono utilizzati per la generazione di energia in luoghi remoti, su veicoli spaziali utilizzati per l’esplorazione interplanetaria e nei luoghi in cui \u00e8 possibile recuperare il calore di scarto. La generazione di energia termoelettrica giocher\u00e0 anche un ruolo nel fornire fonti energetiche necessarie per le nazioni in via di sviluppo in aree remote. Una semplice stufa a legna o un fuoco aperto potrebbero diventare stazioni di ricarica per cellulari o addirittura fornire illuminazione a LED in piccoli villaggi. Tra gli usi recenti figurano ventole per stufe, illuminazione alimentata dal calore corporeo e uno smartwatch alimentato dal calore corporeo. Sebbene i dispositivi termoelettrici tradizionali offrano buona affidabilit\u00e0, durata e scarsa degradazione delle prestazioni nel tempo, il loro uso pi\u00f9 esteso \u00e8 stato limitato dall’efficienza molto bassa del sistema e dal costo specifico per potenza ($\/W) dei dispositivi esistenti.<\/p>\n
In conclusione, l’effetto termoelettrico rappresenta un campo intrigante e in continua evoluzione della scienza e dell’ingegneria dei materiali. Con l’avanzamento della nanotecnologia e la scoperta di nuovi materiali, le applicazioni della termoelettricit\u00e0 potrebbero espandersi significativamente, portando a soluzioni innovative per il recupero energetico e le tecnologie sostenibili.<\/p>\n
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