L’effetto Seebeck
L’effetto termoelettrico, in generale, può indicare diversi fenomeni; anche l’effetto Joule, ad esempio, può essere considerato un effetto termoelettrico.
Analizziamo un tipo di effetto termoelettrico che prende il nome dal fisico che lo studiò, e viene definito effetto Seebeck.
Consideriamo una catena chiusa di conduttori formata da due soli metalli. In condizioni normali, vi è passaggio di elettroni da un metallo all’altro a causa della differenza di potenziale che si crea nel punto di contatto.
La scoperta, però, sta nel fatto che è possibile generare un piccolo flusso di corrente elettrica se i punti di contatto dei due metalli sono mantenuti a temperature diverse; ad esempio nel caso in cui una sia calda e l’altra sia fredda.
Infatti, l’energia cinetica delle particelle dipende anche dalla temperatura, ed è direttamente proporzionale ad essa; a temperature maggiori le particelle si muoveranno più velocemente.
Tuttavia, nei due diversi metalli, l’aumento della temperatura genera effetti diversi sull’aumento dell’energia acquisita dalle particelle; di conseguenza, nei due punti di contatto tra i metalli vi sarà un flusso differente di cariche; questo fa si che la distribuzione di cariche elettriche all’interno del circuito non sia uniforme.
Se, però, la differenza di temperatura viene mantenuta costante, è possibile generare un flusso di corrente stazionaria.
L’effetto Seebeck può anche essere sfruttato per misurare una temperatura.
In questo caso vengono utilizzati due fili metallici saldati tra loro alle estremità; delle due congiunzioni una è posta sul corpo di cui si vuole misurare la temperatura, e l’altra a contatto con un corpo che mantiene una temperatura di riferimento.
L’apparecchio così formato prende il nome di coppia termoelettrica, o anche termocoppia.
Dato che il valore della corrente dipende dalle temperature che si trovano alle congiunzioni cel circuito, misurando con un amperometro (inserito in serie nel circuito) in calore dell’intensità di corrente, è possibile risalire al valore della temperatura ignota.
L’effetto Peltier
L’effetto Peltier può essere considerato come l’inverso dell’effetto di Seebeck.
Consideriamo un circuito come quello visto precedentemente; ipotizziamo che esso sia attraversato da una corrente elettrica, che attraversa anche le saldature tra i due metalli.
La corrente che circola, passando da un metallo all’altro, raffredda la saldatura che nel caso precedente era calda, e scalda quella che invece era fredda.
Notiamo che anche l’effetto Joule fa si che l’energia elettrica si trasformi in energia interna del conduttore, cioè calore, che aumenta così la sua temperatura.
L’effetto Peltier, però, si differenzia dall’effetto Joule in quanto dipende dalla direzione della corrente, e può riscaldare ma anche raffreddare la giunzione considerata.
L’effetto Thomson
Per studiare questo effetto, si considera un conduttore omogeneo in cui le estremità sono poste a temperatura diversa; il conduttore, inoltre, è attraversato da corrente elettrica.
Quando la corrente circola al suo interno, si può avere assorbimento o cessione di calore da parte del conduttore; ciò dipende dai versi di percorrenza della corrente e del flusso termico.
Se i versi di percorrenza sono gli stessi, allora vi sarà una cessione di calore; se, invece, i versi di percorrenza sono opposti, il calore viene assorbito.
Inoltre, nel caso in cui il conduttore, formato da un unico materiale, sia chiuso, si verranno a sovrapporre due effetti Thomson uguali ed opposti, cosicché essi si annullano l’un l’altro.
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