EFFET THERMOéLECTRIQUE

-effet thermoélectrique

Un effet thermoélectrique est un phénomène électrique créé par des variations de température entre 2 matériaux conducteurs d’électricité 

COUPLE THERMOÉLECTRIQUE (THERMOCOUPLE)

C'est un ensemble de 2 conducteurs électriques différents, dont les jonctions sont soumises à des températures différentes et qui présentent alors des particularités énergético-électriques (apparition d’une f.é.m.)

-rendement d'un couple thermoélectrique

Comme partout ailleurs, le rendement (ici du couple thermoélectrique) est le rapport entre 2 puissances : celle (électrique) fournie au circuit récepteur, envers celle (calorifique) prélevée à la source chaude

 

EFFET PELTIER

C'est un échange de chaleur au niveau d'une liaison métallique entre 2 conducteurs ayant interface commune

dEq = CP.dT       ou   CP = Φ.di / dT       ou encore   Eq = w’.Mé.grad.T

où Eq(J)= énergie calorifique produite (ou absorbée) à la jonction des 2 conducteurs

CP(J/K)= coefficient de Peltier (équivalant à une capacité calorifique)

i(A)= courant passant dans les conducteurs

Φ(Wb)= FLUX d’induction magnétique

w'(V/K)= pouvoir thermoélectrique (voir plus bas)

Mé(C-m)= moment électrique coulombien

autre expression de la loi de Peltier :  

U = Q*e.T / i

U(V)= différence de potentiel

Q*e(W/K)= courant d’entropie

T(K)= température (absolue)

-valeurs pratiques du coefficient de Peltier CP (en microjoules par Kelvin):

Liaisons Cu/Au ou Cu/Pt ou Fe/Cu ou Sb/Pb (0,3 à 0,8)

Liaisons Al/Cu ou Fe/Ni ( # 2)

Liaisons As/Pb ou Cd/Ni ou Cu/Ni ou Zn/Ni(4 à 8)--

Liaison Cu/Bi (16)

Liaison Sb/Bi (45)

 

EFFET SEEBECK

Si 2 métaux différents (conducteurs) sont soudés, il apparaît une différence de potentiel dès qu’il y a différence de température à la jonction (thermodiffusion)

Ué = w'. ΔT       ou  c*.T = -Q*e.ÑT- i.[(ÑEh / e)- ÑU]

avec Ué(V)= différence de potentiel apparaissant dans un circuit constitué de 2 conducteurs différents

ΔT(K)= température différentielle existant à la jonction

w’(V/K)= pouvoir thermoélectrique entre les 2 conducteurs (voir définition ci-dessous)

c*(W/m-K)= trésistance linéique thermique

T(K)= température

Ñ(m-1)= opérateur nabla

Q*e(W/K)= courant d’entropie

f(Hz)= fréquence

e(C)= charge électrique unitaire

E h(J)= énergie chimique

Ué(V)= potentiel électrique

On peut également présenter cette loi sous la forme :

Ué= A.ν.w’.grad.T /Ω

A(s-sr/m) est le coefficient phénoménologique

w'(V/K)= pouvoir thermoélectrique entre les 2 conducteurs (voir ci-après)

ν(m²/s)= coefficient de transport

T(K)= température et Ω (sr) angle solide

 

EFFET THOMSON

Il y a apparition d'une d.d.p dans un matériau conducteur d'électricité, quand il est soumis à température

-définition

τ* = ΔEq/ i.l.gradT

τ*(J/K-A) est le coefficient de Thomson-de dimensions  : L2.M.T-2.I-1.Θ-1

et exprimé en J / K-A

ΔEq(J)= variation de chaleur  produite (ou absorbée) dans un conducteur de longueur l(m) pendant une variation de température ΔT(K)

i(A)= intensité du courant dans le conducteur

On peut également présenter cette loi sous la forme :

τ* = T / grad.T   T(Wb/m)= potentiel magnétique

 

-cas de 2 conducteurs accolés

Δτ* = -T.t.d²U / dT²

Δτ*(V/K)= différence entre les coefficients de Thomson des 2 corps

T(K)= température

U (V)= (différence de) potentiel

 

Relations entre les coefficients thermoélectriques

 τ* = w’.t       et   CP τ*.i = w’.i.t    mêmes notations que ci-dessus

 

POUVOIR THERMOÉLECTRIQUE

Si un courant électrique circule dans un circuit multimétallique, il apparaît 2 types de forces électromotrices

-Celles liées à la différence de nature des divers métaux (effet Peltier )

-Celles liées à la différence d’état physique de l’un (ou de plusieurs) de ces métaux, comme l’écrouissage, le recuit, etc.

Dans ce second cas, il y a variation de température (effets Thomson, Seebeck vus ci-avant)

Quand les 2 phénomènes coexistent , il y a une f.é.m. résiduelle (couple thermoélectrique- ou thermocouple), calculable à travers le pouvoir thermoélectrique w ’

Equation de dimensions structurelles du pouvoir: L2.M.T-3.I-1. Θ-1

Symbole grandeur : w'      Unité S.I.+ : le Volt par °Kelvin (V/ K)

-formule de définition

w’ = K.Ut / ΔT

avec w '(V/K)= pouvoir thermoélectrique d’un circuit polymétallique

K -sans dimension-est une caractéristique de la nature mécanique des éléments du couple de métaux

ΔT(K)= variation de température d’un couple métallique thermoélectrique

U(V)= couple thermoélectrique ou thermocouple(f.é.m)

Pratiquement, on exprime w’ à travers une échelle w’/ w’0    où w’0 est le pouvoir thermoélectrique du plomb, pris comme référence de base.

-valeurs de ce pouvoir thermoélectrique

Bien que variables faiblement avec la température, les valeurs suivantes de cette échelle peuvent être citées (en V/K):

Bismuth(8.10-2)--Fe et Zn( # -1,4.10-2 )--Pb et Cu(# 10-2) les valeurs négatives sont celles où le courant change de sens)

 

   Copyright Formules-physique ©