efecto termoelectrico

Efecto termoel´
ectrico
F. Alberto Cardona-Maciel
Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenier´ıas
Universidad de Guadalajara
23 de mayo de 2010
t´ermico, provocado por una diferencia de temperaturas, y
una corriente el´ectrica, dada por la fuerza electromotriz de
los electrones en movimiento. Entonces, de la segunda ley de
la Termodin´amica encontramos que un cambio infinitesimal
de laentrop´ıa est´a dada por
∆T
∆
dS
= JQ 2 + i ,
dt
T
T
donde JQ es el flujo de calor, i es la corriente el´ectrica y
T es la temperatura media del sistema. En dicha expresi´on observamos que debe existr una relaci´on lineal entre
los flujos y las distintas fuerzas. M´as a´
un, el flujo del calor
est´a acoplado con el flujo de carga de tal forma que
∆T
∆
+ L12
T2
T
∆
∆T
.
i = L21 2 + L22
T
T
Cuando laintensidad el´ectrica tiende a cero, y existe una
diferencia de temperaturas, de la u
´ltima ecuaci´on tenemos,
JQ = L11

Figura 1: Esquema de un sistema termoel´ectrico. Este dispositivo hace uso del efecto Peltier para mantener refrigerado alg´
un sistema.

Resumen

∆ =−
Cuando un circuito formado por dos placas de metal es expuesto a una diferencia de temperatura entre ambas placas,
producecomo resultado una corriente el´ectrica. Al invertir
el proceso, es decir, al suministrarle una corriente al circuito
este produce una diferencia de temperatura entre sus pla´
cas. Estos
efectos son conocidos como Seebeck y Peltier que
reproduciremos en seguida.

L21
∆T = −α∆T,
L22

tal fen´omeno es llamado efecto Seebeck, donde el coeficiente
α mide la intensidad del efecto y se le llama potenciatermoel´ectrica del material.
Si a trav´es de un sistema con capacidad termoel´ectrica circula una corriente, debido al acoplamiento de flujos, aparecer´a una diferencia de temperaturas. Es el efecto inverso al
anterior y se denominae efecto Peltier. Cuando se establece
la corriente, la diferencia de temperaturas va aumentando,
hasta que se alcanza un estado estacionario, en el que el
1. Marco te´orico
flujo total de calor en el sistema se hace nulo (por ello las
on
Para comprender bien el funcionamiento de estos efec- temperaturas dejan de variar). Sustituyendo esa condici´
tos, es necesario introducir el concepto de semiconductor. en las ecuaciones anteriores se encuentra una relaci´on lineal
entre la diferencia de temperaturas aplicada y la intensidad
Semiconductor
es una sustancia quese comporta como conductor o como que recorre el sistema es
aislante dependiendo de la temperatura del ambiente en el
T2
i = βi,
∆T =
que se encuentre.
L11
L21 − L22
L21
En un sistema termodin´
amico, como un semiconductor,
existen simult´
aneamente existen simult´
aneamente un flujo donde β es el cueficiente de Peltier asociado al sistema.
1

A. Cardona

efecto termoel´ectrico

Figura 2: ThomasJohan Seebeck y Jean Peltier.

1.1.

Figura 3: Convertidor termoel´ectrico TD-8550A.

Antecedentes hist´
oricos
1.2.

Datos esperados

En 1821 el cient´ıfico alem´
an Thomas Johann Seebeck
Previamente le´ıda la pr´actica, uno espera
(1770 - 1831) encontr´
o que un circuito conformado por la
uni´on de dos metales distintos deflectaba la aguja de una
1. registrar una correinte provocada por ladiferencia de
br´
ujula al colocar a distintas temperaturas las soldaduras
temperatura.
entre los dos metales. Para 1822 sus resultados experimentales fueron publicados en los Proceedings de la academia
2. registrar una diferencia de temperaturas al pasar una
prusiana de ciencias bajo el t´ıtulo Polarizaci´
on magn´etica de
corriente en el semiconductor.
metales y Ores por diferencia de temperatura. S´olo dos a˜
nos
antes Hans Christian Oersted (1777-1851) hab´ıa descubierto
Bit´
acora de laboratorio
que la circulaci´
on de una corriente a trav´es de un conductor 2.
ten´ıa efectos similares sobre la aguja de una br´
ujula. Este
El eecperimento se resliz´o con ´exito durante 94 minutos en
hecho, sumado a los estudios posteriores por Amp`ere, Biot,
el
laboratorio
de electromagnetismo. Con ayuda...