INTRODUCCIÓN Efecto seebeck

8/18/2019 INTRODUCCIÓN Efecto seebeck

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PROPÓSITOS

• 1omprender los principios del Efecto Seebeck.• 1onocer sus aplicaciones.

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EFECTO SEEBECK

Principios y Aplicaciones

Antecedente Hist rico

Seebeck descubrió (ue la agu/a de una br*/ula se des iaba cuando se formaba un

circuito cerrado de dos metales unidos en dos lugares con una diferencia de temperatura

entre las uniones. Esto se debe a (ue los metales responden diferentemente a la diferencia

de temperatura! creando una corriente de circuito! (ue produce un campo magn)tico .

Seebeck! aun así! en ese momento no reconoció allí una corriente el)ctrica implicada! así

(ue llamó al fenómeno el efecto termomagn)tico! pensando (ue los dos metales (uedaban

magn)ticamente polarizados por el gradiente de temperatura.

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Grafco No. 1. E"perimento de Thomas Johann Seebeck.

https://es.wikipedia.org/wiki/Br%C3%BAjulahttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Br%C3%BAjula


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De!inici n

Se refiere a la emisión de electricidad en un circuito el)ctrico compuesto por dos

metales diferentes! dos semiconductores! o un metal # un semiconductor a diferentes

temperaturas. $a diferencia de temperatura causa un flu/o de electrones en los

conductores! se dice (ue el flu/o inicia directamente desde el área de ma#or hacia la de

menor temperatura.

Coe!iciente See"ec#

$a Termopotencia ! potencia termoel)ctrica! o coeficiente Seebeck de un material mide la

magnitud de un olta/e termoel)ctrico inducido en respuesta a una diferencia de temperatura a

tra )s de ese material! la termopotencia tiene unidades de ,9:;-! aun(ue en la práctica es más

com*n usar micro oltios por kel in. $os alores en los cientos de 9:;! negati os o positi os!

son típicos de buenos materiales termoel)ctricos. El t)rmino termopotencia es un nombre errado

#a (ue mide el olta/e o campo el)ctrico inducido en respuesta a la diferencia de temperatura! no

a la potencia el)ctrica.


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termoel)ctrico ,termoel)ctrico se refiere al hecho (ue el olta/e es creado por una diferencia de

temperatura-. uesto (ue una separación de carga tambi)n crea un potencial el)ctrico! la

acumulación de portadores cargados en el lado frío finalmente cesa en alg*n alor má"imo #a (ue

e"iste una cantidad de portadores cargados deri ados mo idos al lado caliente como resultado del

campo el)ctrico en e(uilibrio. Solo un incremento en la diferencia de temperatura puede reanudar

una acumulación de más portadores de carga en el lado frío # así conlle ar a un incremento en el

olta/e termoel)ctrico. 1asualmente la termopotencia tambi)n mide la entrop$a por portador de

carga en el material. ara ser más específicos! la capacidad t)rmica electrónica molar parcial se

dice (ue es igual a la potencia termoel)ctrica absoluta multiplicada por el negati o de la constante

de Farada#.

$a termopotencia de un material representada por ,o a eces por -! depende de la

temperatura # estructura cristalina del material. Típicamente los metales tienen termopotencias

ba/as por(ue la ma#oría tiene bandas medio llenas. 6mbos electrones ,cargas negati as- # huecos

,cargas positi as- contribu#en al olta/e termoel)ctrico inducido así se cancelan cada uno con la

contribución al olta/e de otro # hacerlo pe(ue+o. En cambio! los semiconductores pueden estar

dopados con una cantidad en e"ceso de electrones o huecos # así se puede tener grandes alores

positi os o negati os de la termopotencia seg*n la carga de los portadores en e"ceso. El signo de

la termopotencia puede definir (ue portadores cargados domina el transporte el)ctrico en ambos

metales # semiconductores.

Si la diferencia de temperatura entre los dos e"tremos de un material es pe(ue+a!

entonces la termopotencia de un material se define ,apro"imadamente- como=

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https://es.wikipedia.org/wiki/Entrop%C3%ADa_(termodin%C3%A1mica)https://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)https://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)https://es.wikipedia.org/wiki/Entrop%C3%ADa_(termodin%C3%A1mica)https://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)


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# un olta/e termoel)ctrico se e en los terminales. 6sí se puede escribir una relación del

campo el)ctrico # el gradiente de temperatura ! por la apro"imación de la ecuación=

En la práctica raramente se mide la termopotencia absoluta del material de inter)s. >ebido

a (ue los electrodos conectados al multímetro se pueden colocar en el material para de medir el

olta/e termoel)ctrico. El gradiente de temperatura tambi)n induce un olta/e termoel)ctrico a

tra )s de una de las puntas de los electrodos. or lo tanto la termopotencia medida inclu#e una

contribución de la termopotencia del material de inter)s # del material de los electrodos de

medida. $a termopotencia medida es entonces una contribución de ambos # puede ser escrita

como=

$os superconductores tienen termopotencia cero pues los portadores cargados no

producen entropía . Esto permite una medición directa de la termopotencia absoluta del material de

inter)s! #a (ue es la termopotencia de todo el termopar tambi)n. 6demás! una medida del

coeficiente Thomson! ! de un material puede tambi)n producir la termopotencia a tra )s de la

relación=

$a termopotencia es un parámetro importante del material (ue determina la eficiencia de

la termoelectricidad de un material.


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Res%&en'


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temperatura hacia la de menor temperatura # está en el orden de algunos micro oltios por

grados centígrados.

En el caso de la unión entre un metal # un semiconductor el sentido de la f.e.m.

depende del tipo de material (ue se utilice! o C! # pueden alcanzar hasta 'DD

micro oltios por grados centígrados. $os dispositi os construidos ba/o este principio son

conocidos como termopares.

$os dispositi os construidos ba/o este principio son conocidos como termopares #

un n*mero de ellos conectados en seria se llama termopila.

icho efecto generador de electricidad conocido como efecto Seebeck se

emplea principalmente en la medida de temperaturas.

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Grafco No. 3. Efecto Seebeck conmetal # semiconductor.


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Aplicaciones

() Ter&o&etr$a

El efecto Seebeck implica la aparición de una diferencia de potencial entre dos

/unturas de dos materiales distintos! al ser sometidas a una diferencia de temperaturas.

>icho olta/e resulta proporcional a la diferencia en temperaturas! por lo cual resulta

natural el uso de dicho efecto en la medición de temperaturas.


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ez calibrado! sigue a la temperatura ambiente! de forma tal de prescindir del ba+o

t)rmico. Estos circuitos son conocidos como puntas frías electrónicas.

E"isten di ersos tipos de termopares! las cuales resultan adecuadas en ma#or o

menor medida dependiendo de los re(uerimientos. 6 continuación se listan los tipos más

comunes! así como una bre e descripción de sus irtudes e incon enientes.

*Tipo K' Tambi)n conocido como termopar 1hromel 6lumel ,El 1hromel es una

aleación de apro"imadamente D de ní(uel # %D de cromo. El 6lumel es una aleación

de 5 de ní(uel! más aluminio! silicio # manganeso-. Estos termopares tienen un amplio

rango de temperaturas ,4'DD a %%DD G1- # son los más utilizados en la industria. Su cur a

de calibración es razonablemente lineal! con una sensibilidad de H I% 9:G1.

*Tipo +' Tambi)n conocido como termopar 0ierro 1onstantán ,El 1onstantán es una

aleación de 55 de cobre # I5 de ní(uel-. Estos termopares resultan satisfactorios para

uso continuo en atmósferas o"idantes! reductoras e inertes # en acío hasta 3KD G1. or

encima de 5ID G1! el alambre de hierro se o"ida rápidamente! alambre de ma#or diámetro

se utiliza para e"tender su ida *til. $a enta/a fundamental del termopar Tipo J es su

ba/o costo.

*Tipo E' Tambi)n conocida como termopar 1hromel 1onstantán. osee la ma#or fem de

salida de todos los termopares estándar. ara un diámetro de L.'5 mm su rango de traba/o

es 4'DD a &D G1. Estos termopares se desempe+an satisfactoriamente en atmósferas

o"idantes e inertes! # resultan particularmente adecuados para uso en atmósferas h*medas

a temperaturas subcero a raíz de su ele ada fem de salida # su buena resistencia a la

corrosión.

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*Tipo T' Tambi)n conocida como termopar 1obre 1onstantán. Resulta satisfactorio para

uso continuo en acío # en atmósferas o"idantes! reductoras e inertes. Su des enta/a

reside en el hecho de (ue su límite má"imo de temperatura es de tan sólo L3D G1 para un

diámetro de L.'5 mm.

*Tipo B' Estos termopares están compuestos de una rama de una aleación latino Rodio

LD # una rama de latino Rodio K . Resultan satisfactorias para uso continuo en

atmósferas o"idantes o inertes a temperaturas hasta %.3DD G1. Tambi)n resultan

satisfactorias durante cortos períodos de tiempo en acío. Sus des enta/as son su ba/a

tensión de salida # su incapacidad para ser utilizada en atmósferas reductoras ,0idrógeno

o monó"ido de carbono- o cuando se encuentran presentes apores metálicos , lomo o

zinc- o no metálicos ,6rs)nico! fósforo o azufre-.

*Tipo S' Estos termopares están compuestos de una rama de una aleación latino Rodio

%D # una rama de latino. Es el estándar internacional para la determinación de

temperaturas entre el punto de solidificación del antimonio ,KLD.3I G1- # el punto de

solidificación del oro ,%DKI.IL G1-.

*Tipo R' Estos termopares están compuestos de una rama de una aleación latino Rodio

%L # una rama de latino. $os termopares Tipo R pueden ser utilizados en forma

continua en atmósferas o"idantes o inertes hasta ,%IDD G1-. Co son tan estables como las

Tipo 7 en acío! pero tienen la enta/a de una ma#or fem de salida.

,) -eneraci n De Ener.$a

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2tra utilización del efecto Seebeck es la generación de energía el)ctrica a partir de

alguna fuente t)rmica. Si bien los olta/es generados por los distintos tipos de termopares

son relati amente pe(ue+os! basta poner gran cantidad de )stas en serie para lograr

olta/es más importantes.


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7a/o este efecto se pro#ecta la con ersión directa del calor en electricidad por

medio de pilas termoel)ctricas . ara este fin entre los semiconductores más apropiados se

encuentran el selenurio! el telurio de bismuto # el antimonio.

2tra de las aplicaciones más usadas con este fenómeno es la construcción de sensores de

temperatura llamados NtermoparesO. En la industria están mu# difundidos # son

relati amente baratos además de soportar rangos de temperatura dependiendo de la unión

de las aleaciones! de hasta %I5DP1.

Este fenómeno es la base del funcionamiento de los termopares ! un tipo de

termómetro usado en el control del flu/o de gas en dispositi os dom)sticos como cocinas !

calefactores # calentadores de agua corriente .

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C%adro (Tipos 0a"it%ales del ter&opar1 aleaciones y el ran.o y el ran.o dete&perat%ra en 2%e p%eda operar)

Nota: Tabla utilizada de la referencia electrónica! publicada en SlideShare,'D%D-.

http://www.ecured.cu/index.php?title=Pilas_termoel%C3%A9ctricas&action=edit&redlink=1http://www.ecured.cu/index.php/Semiconductoreshttps://es.wikipedia.org/wiki/Termoparhttps://es.wikipedia.org/wiki/Estufa_dom%C3%A9sticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Calefactorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Calentador_de_aguahttp://www.ecured.cu/index.php?title=Pilas_termoel%C3%A9ctricas&action=edit&redlink=1http://www.ecured.cu/index.php/Semiconductoreshttps://es.wikipedia.org/wiki/Termoparhttps://es.wikipedia.org/wiki/Estufa_dom%C3%A9sticahttps://es.wikipedia.org/wiki/Calefactorhttps://es.wikipedia.org/wiki/Calentador_de_agua


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Q$as compa+ías de automó iles alemanas 9olks agen # 78 han desarrollado

generadores termoel)ctricos ,MTE- (ue recuperan el gasto de calor de una má(uina de

combustión.

Seg*n un informe del rofesor Ro e de la $R ,1entro aeroespacial alemán- han desarrollado tambi)n un

generador termoel)ctrico impulsado por el tubo de escape (ue alcanza un má"imo de 'DD

# se ha usado e"itosamente por más de uso %'DDD km en carretera.

QSondas espaciales en el e"terior del sistema solar hacen uso del efecto en

generadores termoel)ctricos radioisotópicos para generación de electricidad.

E!ecto See"ec# de esp$n y "ater$as &a.n3ticas

Físicos han descubierto recientemente (ue calentar un lado de una barra de ní(uelAhierro

magnetizada permite a electrones reacomodarse seg*n sus espines. Esto así llamado Nefecto

Seebeck de espínO podría dar lugar a baterías (ue generen corrientes magn)ticas! en ez de

corriente el)ctrica.


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5ateriales

$amina bimetálica ,lamina de cobre # lamina de zinc-

9oltímetro

Terminales ro/o # negro

8echero con alcohol

Encendedor

Procedi&iento

() 1onectar los terminales al oltímetro! el terminal ro/o positi o al e"tremo de la

lámina de cobre # el terminal negro negati o al e"tremo de la lámina de zinc.

, . Encender el mechero con alcohol

/) Someter al calor un e"tremo de la lámina bimetálica

CONC6USION

0emos llegado a la conclusión de (ue el efecto Seebeck gracias a su principio de

producir una diferencia de potencial por diferencias de temperatura es utilizado ho# en

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día de manera industrial en la generación de energía # en la fabricación de aparatos

medidores de temperatura directamente.

REFERENCIAS

7esanUon! Robert 8. ,% &5-. The Enc#clopedia of h#sics. 9an Costrand Reinhold1ompan# E"traído el %5 de Septiembre de 'D%5 desdehttps=::es. ikipedia.org: iki:EfectoVtermoel 1L 6 ctrico

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https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_termoel%C3%A9ctricohttps://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_termoel%C3%A9ctrico


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