termoelectrico

Efecto termoel´ctrico
e
F. Alberto Cardona-Maciel
Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenier´
ıas
Universidad de Guadalajara
23 de mayo de 2010
t´rmico, provocado por una diferencia de temperaturas, y
e
una corriente el´ctrica, dada por la fuerza electromotriz de
e
los electrones en movimiento. Entonces, de la segunda ley de
la Termodin´mica encontramos que un cambioinfinitesimal
a
de la entrop´ est´ dada por
ıa
a
∆T
∆
dS
= JQ 2 + i ,
dt
T
T
donde JQ es el flujo de calor, i es la corriente el´ctrica y
e
T es la temperatura media del sistema. En dicha expresi´n observamos que debe existr una relaci´n lineal entre
o
o
los flujos y las distintas fuerzas. M´s a´n, el flujo del calor
a u
est´ acoplado con el flujo de carga de tal forma que
a
∆T
∆
+ L12
T2T
∆
∆T
.
i = L21 2 + L22
T
T
Cuando la intensidad el´ctrica tiende a cero, y existe una
e
diferencia de temperaturas, de la ultima ecuaci´n tenemos,
´
o
JQ = L11

Figura 1: Esquema de un sistema termoel´ctrico. Este dise
positivo hace uso del efecto Peltier para mantener refrigerado alg´n sistema.
u

Resumen

∆ =−
Cuando un circuito formado por dos placas de metal esexpuesto a una diferencia de temperatura entre ambas placas,
produce como resultado una corriente el´ctrica. Al invertir
e
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´meno es llamado efecto Seebeck,donde el coeficiente
o
α mide la intensidad del efecto y se le llama potencia termoel´ctrica del material.
e
Si a trav´s de un sistema con capacidad termoel´ctrica cire
e
cula una corriente, debido al acoplamiento de flujos, aparecer´ una diferencia de temperaturas. Es el efecto inverso al
a
anterior y se denominae efecto Peltier. Cuando se establece
la corriente, la diferencia detemperaturas va aumentando,
hasta que se alcanza un estado estacionario, en el que el
1. Marco te´rico
o
flujo total de calor en el sistema se hace nulo (por ello las
o
Para comprender bien el funcionamiento de estos efec- temperaturas dejan de variar). Sustituyendo esa condici´n
o
tos, es necesario introducir el concepto de semiconductor. en las ecuaciones anteriores se encuentra una relaci´n linealentre la diferencia de temperaturas aplicada y la intensidad
Semiconductor
es una sustancia que se 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.
L
L21 − L222111
L
En un sistema termodin´mico, como un semiconductor,
a
existen simult´neamente existen simult´neamente un flujo donde βes el cueficiente de Peltier asociado al sistema.
a
a
1

A. Cardona

efecto termoel´ctrico
e

Figura 2: Thomas Johan Seebeck y Jean Peltier.

1.1.

Figura 3: Convertidor termoel´ctrico TD-8550A.
e

Antecedentes hist´ricos
o
1.2.

Datos esperados

En 1821 el cient´
ıfico alem´n Thomas Johann Seebeck
a
Previamente le´ la pr´ctica, uno espera
ıda
a
(1770 - 1831) encontr´que un circuito conformado por la
o
uni´n de dos metales distintos deflectaba la aguja de una
o
1. registrar una correinte provocada por la diferencia de
br´jula al colocar a distintas temperaturas las soldaduras
u
temperatura.
entre los dos metales. Para 1822 sus resultados experimentales fueron publicados en los Proceedings de la academia
2. registrar una diferencia de temperaturas alpasar una
prusiana de ciencias bajo el t´
ıtulo Polarizaci´n magn´tica de
o
e
corriente en el semiconductor.
metales y Ores por diferencia de temperatura. S´lo dos a˜os
o
n
antes Hans Christian Oersted (1777-1851) hab´ descubierto
ıa
Bit´cora de laboratorio
a
que la circulaci´n de una corriente a trav´s de un conductor 2.
o
e
ten´ efectos similares sobre la aguja de una br´jula....