Wykorzystanie zjawiska termoelektrycznego pozwala praktycznie zagospodarować energię cieplną, jaka wytwarzana jest w związku z wykorzystaniem dwóch różnych metali. Czym dokładnie są zjawiska termoelektryczne, jakie rodzaje można wyróżnić oraz w jaki sposób są one wykorzystywane w praktyce?
Sprawdź elektrotechnikę w hurtowni Onninen
Czym właściwie jest zjawisko termoelektryczne?
O zjawisku termoelektrycznym mówi się w kontekście procesu, podczas którego dochodzi do bezpośredniej konwersji energii elektrycznej na cieplną, lub odwrotnie — cieplnej na elektryczną. Taka zamiana jest konsekwencją właściwości, jaką posiadają niektóre materiały, posiadające specyficzne właściwości. Generowanie napięcia elektrycznego jest możliwe w konsekwencji różnicy temperatur, lub ze względu na zmianę temperatury, do jakiej dochodzi pod wpływem przepływu prądu. Wykorzystanie zjawiska różnic temperatury możliwe jest, jeśli kable i przewody, a także styki wykonane są z co najmniej dwóch różnych metali.
Obserwacja zjawiska jest możliwa dzięki specjalnym urządzeniom, takim jak różnorodna aparatura elektryczna czy aparatura modułowa.
Podział zjawisk termoelektrycznych
W praktyce wyróżnia się trzy warianty zjawisk termoelektrycznych, które mają istotny wpływ nie tylko na branżę energetyki, ale też elektroniki, czy przemysłu lotniczego i kosmicznego.
Pierwszym z poznanych jest tzw. zjawisko Seebecka. Jest ono obserwowane, gdy w danym obwodzie pojawia się różnica temperatur, przy czym warunkiem koniecznym jest budowa danego układu — muszą pojawić się w nim dwa różne materiały przewodzące lub półprzewodzące. W praktyce efekt Seebecka sprawia, że odnotowana różnica temperatur powoduje przemieszczanie się ładunków, przy czym ruch następuje zawsze od strony gorącej do zimnej.
W konsekwencji generowane jest napięcie elektryczne. Współczynniki Seebecka wykorzystywane są m.in. do pomiaru temperatury przez czujniki temperatury.
Drugim rodzajem zjawiska jest efekt Peltiera. Zakłada on, że w efekcie przepływu prądu przez obwód złożony z dwóch różnych materiałów, dochodzi do transportu ciepła pomiędzy złączami. Zgodnie z obserwacjami, w efekcie Peltiera w jednym złączu dochodzi do pochłaniania ciepła (następuje chłodzenie), a w drugim wydzielanie (ogrzewanie).
Trzecim wariantem jest zjawisko termoelektryczne nazywane efektem Thomasa. Jest ono najbardziej zaawansowane z dotąd wymienionych. Jego istotą jest obserwacja, że w czasie przepływu prądu przez materiał o zmiennej temperaturze, ciepło jest wydzielane lub pochłaniane, w zależności od obserwowanego kierunku przepływu, a także gradientu temperatury.
Powszechne zastosowanie i użycie zjawisk termoelektrycznych
Różne temperatury powodujące powstanie efektów Seebacka, Peltiera i Thomasa, znajdują bardzo praktyczne zastosowanie w wielu branżach. Najczęściej mówi się o energetyce, gdzie wykorzystanie zjawisk termoelektrycznych pozwala na odzyskanie energii cieplnej np. z odpadów przemysłowych, urządzeń elektronicznych, czy silników spalinowych. Jest to doskonały sposób na zwiększenie efektywności energetycznej.
Zjawiska termoelektryczne mają duże znaczenie także w branży, jaką jest elektrotechnika. Przepływ prądu i wykorzystanie różnych wartości temperatury są powszechnie wykorzystywane m.in. w komputerach przenośnych i stacjonarnych. Charakterystyczne chłodzenie termoelektryczne, jest doskonałą alternatywą dla chłodzenia mechanicznego układów. Może zatem z powodzeniem zastąpić tradycyjne wentylatory. Jest to doskonały sposób na ograniczenie hałasu generowanego przez urządzenie.
Praktyczne zastosowanie efektów termoelektrycznych pozwala też na efektywne ogrzewanie pomieszczeń, pod warunkiem że prąd przepływa w odpowiednią stronę. Wówczas przewody instalacyjne muszą być odpowiednio dobrane i zamocowane.