Convertidor de calor

CONVERTIDOR TERMOELÉCTRICO
Material necesario
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Dos recipientes, una para agua caliente y otra para agua fría
Fuente de poder de 5V y 3A
Cables
Material recomendado
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Generador de vapor
SF-9584 Fuente de poder de bajo voltaje o SF-9582 fuente de poder de 12 V.
Cables banana
Equipo opcional
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Termómetro digital
Operación
Efecto Seebeck: Este modelo es diseñado para demostrar la relación entre la primera y
segunda ley de la termodinámica. Este aparato es operado poniendo una de las piernas en
un recipiente en agua caliente y la otra en otro recipiente con agua fría: pon el switch en la
posición hacía arriba (T  E ). Una pierna de la unidad es colocada en un recipiente de
agua fría y otro en agua caliente (agua hirviendo y agua congelada da buenos resultados).
Algo de la energía térmica del agua caliente es convertida a Trabajo, y el ventilador
comienza a girar. Entonces el agua caliente y fría son mezcladas en un contenedor mas
grande y ambas piernas de la unidad son colocadas en el contenedor, ahora el ventilador no
gira.
La energía total interna del agua no ha sido cambiada cuando se mezclo el agua caliente y
fría, así habría todavía la suficiente energía en el agua para hacer girar el ventilador. Pero
esto podría violar la segunda ley de la termodinámica como fue propuesta por Kelvin.
NOTA: Como una demostración mas adelante, coloca una pierna en el agua combinada (o
en agua congelada) y una en un contenedor de hielo seco para demostrar que ahí hay
energía disponible en el agua combinada (y aún en el agua hielo).
Esta violación de la segunda ley también puede ser explicada en términos de la entropía, S
= Q/T , donde S es el cambio en la entropía, Q, el calor transferido y T la temperatura a la
cual el calor es transferido. Considerando que solo se toma la transferencia de calor en los
recipientes de agua, lo siguiente se cumple:
1. El cambio en la entropía del agua caliente, Sh=Qh/Th , es negativo, por la
transferencia de calor desde el agua al convertidor.
2. El cambio en entropía del agua fría, Sc=Qc/Tc , es positivo por la transferencia de
calor del convertidor al agua.
3. De a cuerdo con la segunda ley, el cambio total en la entropía, ST= Sc +Sh ,
debería ser positivo. Debido a, el proceso solo tendrá lugar si Qc/Tc > Qh/Th .
4. Para que el ventilador gire, algo del calor transferido del agua caliente debería ser
convertido a Trabajo y por esto no debería estar disponible para transferirlo de
regreso al agua fría. Por esto como quiera que sea el ventilador gira, Qh > Qc.
5. La ecuación en los pasos 3 y 4 ambos son cierto solo si Th > Tc. Una vez que el
agua es mezclada de cualquier forma Th = Tc . Esto es si el ventilador fuera a girar,
esto podría violar la segunda ley de la termodinámica.
Efecto Peltier: Durante el efecto Peltier una corriente a través de la bomba eléctrica de
calor del convertidor ocasiona una diferencia de temperatura. Conecta la fuente de poder de
5V y 3A a las terminales roja y negra del convertidor. Coloca el switch en la posición hacia
abajo, (ET). (para esta demostración no necesitaras sumergir las piernas del convertidor
en agua). Enciende la fuente de poder. En pocos momentos tu serías capaz de sentir la
diferencia de temperatura en ambas piernas del convertidor.
NOTA: No dejes la fuente de poder prendida por mas de 2 min., no excedas 8V.
Un ejercicio opcional empieza con el convertidor a temperatura ambiente. Midiendo la
temperatura de ambas piernas. Entonces, en el momento en que la corriente es aplicada al
convertidor, usa un termómetro digital para monitorear el incremento de la temperatura de
la pierna caliente y el decremento de temperatura en la pierna fría.
Capacitor térmico: Después de demostrar el efecto Peltier, desconecta la fuente de poder
del convertidor. Coloca el switch en la posción hacia arriba TE. La diferencia de
temperatura causada cuando la corriente fue aplicada a la bomba de calor termoeléctrica,
ahora provocará que el convertidor genere una corriente para hacer funcionar el motor.
Actividades
Investiga sobre el efecto Seebeck y el efecto Peltier y sobre como funcionan las celdas
termoeléctricas.