Termoelektrik Etki Nedir?

Termoelektrik, sıvı ve katı maddelerde ısı ile elektrik enerjisinin birbirine dönüşümünü inceleyen bilim dalıdır. Elektronik aletleri şarj etmek için ve sıcaklık sensörlerinin yanı sıra ısıtma - soğutma amaçlı yaygın olarak kullanılan termoelektrik etkiyi sizler için inceledik.

A- A+

15.02.2016 tarihli yazı 33325 kez okunmuştur.

Termoelektrik Seebeck Peltier Thomson Isı Sıcaklık

Termoelektrik, ısı ve elektrik enerjisinin birbirine dönüşümüdür. Bu etki ilk olarak 1800'lü yıllarda Alman fizikçi Johann Seebeck tarafından gözlemlenmiştir. Seebeck, iki farklı metaller plakayı ki ucundan birbirine temas ettirerek bir devre kurmuş ve bu devreyi bir ucundan ısıtmıştır. Isının etkisiyle yakındaki bir mıktnatısın hareket ettiğini fark etmiştir. Yani ısının etkisiyle bir elektrik akımı üretilmiş, üretilen elektrik akımıda bir elektrik alana neden olarak mıknatıs hareket etmiştir.

►İlginizi Çekebilir: Mutlak Sıcaklık ve Süper İletkenler

Termoelektrikte, ısı ve elektriğin birbirine dönüşümde 3 farklı etki vardır. Bunlar; Seebeck, Peltier ve Thomson etkileridir.

Seebeck Etkisi

Seebeck etkisi sıcaklık farklarının, bir potansiyel fark oluşturmasıyla doğrudan elektrik enerjisine dönüşümüdür. Farklı iki metal plaka uç noktalarından temas ettirilip bir ucundan ısıtıldığında, elektronlar kinetik enerjilerinin artması sonucu sıcak uçtan soğuk uca doğru hareket eder. Metallerdeki ısıl iletkenliklerinin farklı olmasıylada sıcak uç ile soğuk uç arasında potansiyel fark oluşur.

►İlginizi Çekebilir: Termal Kameralar ile ilgili Sıkça Sorulan Sorular

Oluşan bu potansiyel fark, metallerin ısıl güçleri ile birleşme noktalarının sıcaklık farkına bağlı olarak değişmektedir. Isıl güçlerin, ölçülen sıcaklık değerlerinde etkin olarak sabit olduğu düşünülürse potansiyel fark;

V= (Sa – Sb) * (T2 – T1)

olarak indirgenebilir. Yani potansiyel fark, ısıl güçlerin farkı ile birleşme uçlarının sıcaklık farkının çarpımına bağlı olarak değişmektedir.

Benzer şekilde tek bir alüminyum çubuğu bir ucundan ısıtıp, diğer ucundan soğuttuğumuzda da elektronlar sıcak uçtan soğuk uca doğru hareket eder. Elektronların bu hareketi ile potansiyel fark oluşur.

Peltier Etkisi

1834 yılında Charles Peltier, termoelektrik etkinin çift yönlü olduğunu gözlemlemiştir. Seebeck etkisinin tersi şekilde bu sefer metallere elektrik akımı uyguladığında, metallerden birisinin ısındığını diğerinin ise soğuduğunu keşfetmiştir.

Uçların hangisinin soğuyacağı hangisinin ısınacağı ise elektrik akımının yönüyle ilgilidir. Uygulanan akım ile elektronlar diğer uca hareket edecek ve sahip oldukları enerjilerini diğer uca taşımış olacaklar. Yani elektronların ayrıldığı yer soğuk uç, gittiği yer ise sıcak uç olacaktır.

Jolue cinsinden Isıtma = I^2 (Ra+Rb)/2 eşitliği ile bulunur.

Yani meydana gelen ısınma, uygulanan akıma ve metallerin elektriksel dirençlerine bağlıdır. Isı iletimi ise sıcaklık farkları ve ısı iletme kapasitelerine göre değişmektedir.

Thomon Etkisi

W. Thomson 1851 yılında termoelektrik etkilerden üçüncüsünü keşfetmiştir. Peltier etkisiyle bağlantılı olan bu etki, thomson etkisi olarak adlandırılmaktadır. İletken uçlarının farklı sıcaklıkta tutulduğu bir durumda uygulanan akım yönüne bağlı olarak enerjinin iletken üzerinde absorbe edilmesi veya soğurulması olayına Thomson etkisi denir. Ancak Thomson etkisinde bahsedilen iletken homojen bir iletkendir. Akım geçtiği sürece ısı gradyani yani ısı değişimi meydana gelir. Yani sıcaklıkları farklı iki uçta akım taşındığında metal ya ısı emer ya da ısı verir.

Thomson etkisinde tüm olay T1 ve T2 uç sıcaklıklarına, metalin cinsine akımın yönüne bağlı olarak değişir. Thomson etkisinin günümüzde doğrudan uygulama alanı bulunmamaktadır.

Termoelektrik Etkinin Uygulama Alanları

Termoelektrik etki, günümüzde tam olarak yaygınlaşmasa da inovatif yaklaşımlar ile çok farklı kullanım alanları bulmaktadır. Özellikle düşük enerjili cihazlarda şarj ve güç sağlama amaçlı kullanılmaktadır. Örneğin; vücut ısısıyla çalışan elektronik saatler, yemek masasındaki tabağın sıcaklığından telefon şarj edilmesi gibi çeşitli uygulama alanları mevcuttur. En önemli kullanımı ise Mars Curiosity keşif robotunda olmuştur. Uzay aracındaki radyoizotop termoelektrik jeneratör, uranyum parçalanması sırasında enerji üretmiş ve keşif aracı enerjisini bu jeneratör ile sağlamıştır.

Enerji üretiminin yanı sıra sıcaklığın ölçülmesi gereken sistemlerde de termoelektrik etki kullanılmaktadır. Termokupllar (Isıl çift) sıcaklığı akıma dönüştererek dijital olarak sıcaklık bilgisi verilmesini sağlamaktadır. Buradaki dönüşüm ise sıcaklığın akımın genliğini değiştirmesi ile sağlanmaktadır.

Kaynak:

►wikipedia
►thermoelectrics.caltech
►urila.tripod