Conductores Termo

Materiales
Termoeléctricos
{
Basante Avendaño Alberto
López Márquez González Bernardo
Rosales Sánchez David Octavio
¿Que son los materiales
termoeléctricos?
Los materiales termoeléctricos se
basan en el hecho de que al
suministrarles energía térmica,
generan un voltaje eléctrico
significativo, inversamente
cuando se les aplica un voltaje,
estos materiales pueden
aumentar o disminuir su
temperatura.
El proceso de termoelectricidad
sólo ocurre en ciertos
materiales, especialmente en
los semiconductores (los
materiales con los que se
fabrican los chips).
El problema fundamental para
crear materiales
termoeléctricos eficientes es
que necesitan ser muy buenos
transmitiendo la electricidad,
pero no el calor.
¿Cuál es el principio de
éstos materiales?
Los materiales termoeléctricos
se basan en el llamado efecto
termoeléctrico, el cual consiste
en la conversión directa de la
diferencia de temperatura
a voltaje eléctrico y viceversa.
Calor
Tradicionalmente, el término efecto
termoeléctrico o termoelectricidad abarca
tres efectos identificados por separado, el
efecto Seebeck, el efecto Peltier, y el efecto
Thomson
Efecto Seebeck,
Peltier y
Thomson
a) Efecto Seebeck
a) Efecto Peltier;
b) Efecto Thomson
Efecto Seebeck
Conversión de diferencia de temperaturas a corriente
Factor de poder = σS2
Donde S es el coeficiente Seebeck y σ la conductividad eléctrica.
En 1800´s Seebeck observo el fenómeno termoeléctrico generador, esto sucede cuand
Dos materiales conductores diferentes se unen y las uniones se mantienen a diferent
Temperaturas (T+ΔT), se produce un voltaje ΔV proporcional a ΔT.
La relación ΔV/ΔT depende de una propiedad intrínseca de cada material denomina
coeficiente de Seebeck que es muy pequeño para la mayoria de los metales
(solo unos cuantos μV/K y mucho mas grande para semiconductores con cientos de
El pontencial de un material termoelectico se determina en gran medida por la figur
De merito de el material que es adimencional:
ZT = S2σT/K donde K es la conductividad térmica total
Efecto Peltier
{


Se le denomina así en honor
al físico frances Jean Charles
Athanase Peltier.
Se observó el fenómeno por
primera vez en 1834.


Consiste en el aumento o
disminución de temperatura
debido al paso de corriente
entre
dos
conductores
conectados por junturas.
Es el análogo inverso del
efecto Seebeck.



Ocurre debido a la diferencia
de densidades electrónicas.
Hay un flujo electrónico hacia
la zona de baja densidad,
permitiendo una expansión.
La expansión genera un
enfriamiento.
Explicación


Los coeficientes de Peltier
determinan la cantidad de
calor
transportado
por
unidad de carga.
I es la cantidad de corriente
generada
entre
los
conductores.
Planteamiento matemático
{
Efecto Peltier



Es reversible ya que
depende de el sentido
de la corriente.
El calor puede ser
absorbido o cedido.
Toma lugar en la
juntura
de
dos
conducotres
o
semiconductores
distintos.
Comparación
{
Efecto Joule
Es irreversible ya
que no depende del
sentido
de
la
corriente.
 El calor es generado.
 Se lleva a cabo a lo
largo de todo el
circuito.




Se le conoce como bomba
termoeléctrica.
Principal
uso
de
los
materiales termoeléctricos.
No requieren de partes
móviles.
Enfriador/calentador de
peltier


Determinación del ritmo de crecimiento de
cristales.
Generación de energía eléctrica (células de
Peltier).
Otras aplicaciones



Ocurre debido a la diferencia
de densidades electrónicas.
Hay un flujo electrónico hacia
la zona de baja densidad,
permitiendo una expansión.
La expansión genera un
enfriamiento.
Explicación
¿Cuales son las principales aplicaciones?
Actualmente, los materiales termoeléctricos tienen un bajo rendimiento
energético de tan solo un 6 por ciento. Una nueva generación de
materiales, en lo que se añade antimonio al semiconductor de teluro de
plomo, produce en altas temperaturas una eficiencia del 14 por ciento.
La meta a largo plazo es alcanzar el 20 por ciento de eficiencia.
La clave para hacerlos más prácticos ha sido crear materiales semiconductores
especiales con diminutos patrones en el circuito para alterar el
comportamiento de los materiales. Esto puede incluir la incorporación de
nanopartículas o nanocables en una matriz de otro material. Estas estructuras
nanométricas interfieren con el flujo de calor, pero permiten a la electricidad
fluir libremente.
Aplicaciones
La tecnología termoeléctrica actual sólo se aplica
en campos muy especializados, como la
refrigeración de estado sólido, debido a la baja
eficiencia. Un ejemplo es el enfriamiento de
asientos de automóviles en climas cálidos.
Otra aplicación curiosa son
las botas botas de Power
Wellies que emplean la
termoelectricidad generada
por el calor de los pies para
cargar el teléfono móvil.
Otro de los usos de estos nuevos
materiales podría se en la
conversión del calor desechado
de los reactores nucleares, en el
enfriamiento de los productos
obtenidos de los altos hornos o
en la extracción de crudo de las
plataformas petrolíferas
¡Gracias!
Bibliografía: http://inside.mines.edu/~zhiwu/research/papers/F08_mrs.pdf
http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/quantum/style_a/nt_pelt.html
http://miriam-english.org/projects/steg/
http://www.hebeiltd.com.cn/?p=peltier.module
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_materials
http://en.wikipedia.org/wiki/Seebeck_effect#Seebeck_effect
http://www.nature.com/nmat/journal/v7/n2/full/nmat2090.html