Seebeck katsayısı

Seebeck etkisi esas olarak termokupllarla sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılır ve atık ısının termoelektrik jeneratörlerle elektrik enerjisine dönüştürülmesinde giderek daha önemli hale gelmektedir. Süreçler tersine çevrilebilir. Gerilim farklılıklarının sıcaklık farklılıkları yarattığı ters süreç, mikroelektronik ve nanoteknolojide soğutma için kullanılan Peltier etkisidir.

Termoelektrik malzemelerin verimliliğini değerlendirmek için önemli bir ölçü, bir malzemenin performansını tanımlayan boyutsuz bir gösterge olan ZT değeridir. ZT değeri Seebeck katsayısının karesi, ortalama mutlak çalışma sıcaklığı ve elektrik iletkenliği ile artarken, spesifik termal iletkenlik ile azalır. Bu değişkenler sıcaklığa bağlıdır ve malzeme özellikleri, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak liyakat rakamının hesaplanmasına dahil edilmelidir. Tanım denklemi şöyledir

Elektrik iletkenlerinin ve yarı iletkenlerin ZT değerini belirlemek için, Linseis tarafından sunulanlar gibi hassas ölçüm cihazları, gerekli malzeme özelliklerini ölçmek için kullanılır. Sıcaklık farkı küçükse ve Seebeck katsayıları sabit olarak kabul edilebilirse, voltaj formülü basitleştirilir:

_SA ve_SB iki malzemenin Seebeck katsayılarını, _T1 ve _T2 ise iki temas noktasındaki sıcaklıkları temsil etmektedir. Gerilim, yüksek enerjili elektronların sıcak temas noktasında daha soğuk iletken yönünde yayıldığı termal difüzyon ile oluşturulur. Bu, pozitif iletkenden negatif iletkene sürekli bir elektron taşınmasına yol açar, böylece elektrik enerjisine ek olarak ısı enerjisi de aktarılır. Ancak bu ısı transferi Seebeck etkisinin verimliliğini azaltır.

Kullanılan malzemenin elektrik iletkenliği ne kadar yüksek ve termal iletkenliği ne kadar düşükse, bir termokuplun verimliliği de o kadar yüksek olur. Bir termoelektrik iletkenin özellikleri için belirleyici bir kriter “liyakat figürü” (ZT). Bu şekil sıcaklık, Seebeck katsayısı, termal iletkenlik ve elektriksel iletkenlik gibi ilgili tüm değişkenleri dikkate almaktadır.

Termokuplların teknik uygulamasında, ölçülebilir bir voltaj üretmek için iki mekanizma birlikte çalışır. İlk olarak, bir sıcaklık gradyanı yük taşıyıcılarının iletkenin sıcak ucundan soğuk ucuna doğru yayılmasına neden olur, bu da milivolt aralığında bir gerilime yol açar ve Seebeck katsayısına bağlıdır. İkinci olarak, farklı bir malzemeden yapılmış ikinci bir iletkenin kullanılması, iki malzemenin Seebeck katsayıları farklı olduğundan, temas noktasında daha fazla voltaj gradyanı yaratır.