Este post é a segunda parte sobre termeletricidade. O efeito Thomson é um fenômeno termelétrico reversível e relacionado com os efeitos Seebeck e Peltier.
Recomendo que leia o post sobre os efeitos Seebeck e Peltier antes de continuar.
Efeitos Seebeck e PeltierClique aqui
Coeficiente de Seebeck
Acrescentando informações importantes sobre os outros dois fenômenos termelétricos reversíveis. A equação da densidade de corrente J em um condutor durante o efeito Seebeck é:
J=\sigma (-\Delta V+E_{emp})
- \sigma é a condutividade do material.
- \Delta V é a diferença de potencial.
- E_{emp} é a força eletromotriz.
Cálculo da força eletromotriz.
E_{emp}=-S\cdot \Delta T
- S é o coeficiente de Seebeck em V/K (volt/kelvin).
- \Delta T é a diferença de temperatura entre as junções.
O coeficiente de Seebeck também pode ser calculado desta forma.
S=-\frac{\delta V}{\delta T}
- \delta V e \delta T são as variações de tensão e temperatura respectivamente.
Coeficiente de Peltier
Abaixo é a equação do calor absorvido ou transmitido Q por unidade de tempo na junção pelo efeito Peltier.
Q=(\Pi _{A}-\Pi _{B})\cdot I
\Pi _{A} e \Pi _{B} são os coeficientes de Peltier dos materiais A e B, representam a quantidade de calor por carga elétrica em Joule/Coulomb (J/C). I é a corrente elétrica. O coeficiente de Peltier \Pi pode ser calculado a partir do coeficiente de Seebeck.\Pi _{AB}=\Pi _{A}-\Pi _{B}=S_{AB}\cdot \Delta T
- \Delta T é a diferença de temperatura entre as junções.
- S_{AB}=S_{A}-S_{B}.
O efeito Thomson
Foi descoberto na década de 1850, pelo físico, matemático e engenheiro britânico Willian Thomson Kelvin. O mesmo que introduziu a escala de temperatura Kelvin. Segundo o efeito Thomson, quando uma corrente elétrica passa por um condutor homogêneo, este tendo um gradiente ou diferença de temperatura nas extremidades, o condutor absorve ou emite calor. Dependendo dos sentidos da corrente elétrica e do gradiente de temperatura.
E se esquentar o meio do condutor? Em um lado o calor será absorvido e no outro, emitido.
Efeitos Thomson positivo e negativo
Considere a corrente elétrica fluindo de A a B, em um condutor com uma fonte de calor em C. Em materiais com efeito Thomson positivo (a), o calor do ponto A até o C é absorvido (Heat absorbed), mas é liberado no outro lado do condutor. Metais que apresentam o efeito Thomson positivo são: cobre (Cu), cádmio (Cd), zinco (Zn), antimônio (Sb), prata (Ag) e estanho (Sn).
Já no efeito Thomson negativo (b), calor é liberado de A para C, mas absorvido de C para B. Os metais que apresentam o efeito negativo são: ferro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), bismuto (Bi), platina (Pt) e mercúrio (Hg).
Sem uma corrente elétrica, os pontos M e N teriam temperaturas iguais. Porém, quando há corrente, N terá uma temperatura maior que M no efeito positivo. Enquanto no efeito negativo, a temperatura do ponto M será maior do que de N.
Equação do calor e o coeficiente de Thomson
A equação do calor produzido q por unidade de volume.
q=\rho J^2-\mu J\frac{dT}{dx}
- \rho, resistividade.
- J, densidade de corrente.
- \mu é o coeficiente de Thomson em volts por grau, pode ser positivo ou negativo, depende do material.
- \frac{dT}{dx}, gradiente de temperatura.
O primeiro termo da equação é simplesmente o aquecimento da Lei de Joule, que não é reversível. O segundo termo é o calor de Thomson, que muda de sinal quando J muda de direção.
