O Que é Termoeletricidade e Como Funcionam os Termopares
A termoeletricidade é uma forma de energia gerada pelo efeito termoelétrico, que consiste na conversão direta de diferenças de temperatura em tensão elétrica e vice-versa. Esse fenômeno ocorre através de um dispositivo conhecido como termopar. Quando dois materiais distintos são aquecidos em sua junção, ocorre uma transferência de elétrons entre os materiais, gerando um fluxo de corrente elétrica.
Como os Termopares Funcionam
Os termopares são dispositivos elétricos compostos por dois condutores elétricos diferentes formando uma junção elétrica. Eles produzem uma voltagem que depende da temperatura devido ao efeito termoelétrico, e essa voltagem pode ser usada para medir temperaturas. Por exemplo, o constantan é o elemento negativo do termopar tipo J, com o ferro sendo o positivo. Os termopares tipo J são utilizados em aplicações de tratamento térmico. Além disso, o constantan é o elemento negativo do termopar tipo T, com o cobre sendo o positivo, utilizado em temperaturas criogênicas.
Os Efeitos da Termoeletricidade
O termo “efeito termoelétrico” engloba três efeitos separados: o efeito Seebeck, o efeito Peltier e o efeito Thomson. O efeito Seebeck, descoberto por Thomas Seebeck em 1821, ocorre quando uma diferença de temperatura entre dois condutores ou semicondutores diferentes produz uma diferença de voltagem entre as duas substâncias. Já o efeito Peltier, descoberto por Jean Charles Athanase Peltier em 1834, refere-se ao aquecimento ou resfriamento em uma junção eletrificada de dois condutores diferentes. O efeito Thomson descreve a corrente elétrica que se desenvolve em um único condutor quando um pequeno gradiente de temperatura é aplicado.
Materiais Termoelétricos
Os materiais termoelétricos convertem energia térmica em energia elétrica por meio de um processo conhecido como conversão termoelétrica. A fonte de calor para a diferença de temperatura pode ser motores de combustão, luz solar, reações químicas ou decaimento nuclear. Esses materiais devem possuir alta condutividade elétrica e baixa condutividade térmica. Três materiais comumente usados para geradores termoelétricos são o telureto de bismuto (Bi2Te3), telureto de chumbo (PbTe) e silício-germânio (SiGe).
Aplicações dos Termopares e Materiais Termoelétricos
Os termopares são amplamente utilizados em uma variedade de aplicações, desde a medição de temperatura em processos industriais até seu uso em equipamentos de refrigeração. A nanotecnologia tem permitido avanços significativos na eficiência dos materiais termoelétricos, criando recursos em escala nanométrica que diminuem a condutividade térmica sem afetar as propriedades elétricas dos materiais.
