Tema 2. Aplicatii ale efectului termoelectric. [632066]

Tema 2. Aplicatii ale efectului termoelectric.
– la disciplina Surse de Energie-
Dragos-Stefan NICOLESCU
Universitatea POLITEHNICA din Bucuresti
Facultatea de Inginerie Electrica
Anul II
GRUPA 121A
December 4, 2017
1

1 Generatorul termoelectric(Seebeck)
Generatorul termoelectric (numit si generator Seebeck) este un dispozitiv
care converteste
uxul de caldura in energie electrica datorita unui fenomen
zic numit efect termoelectric (sau efect Seebeck). Defapt, diferenta de tem-
peratura dintre doua obiecte (sau doua parti ale unui obiect care au tem-
peraturi diferite) va genera o tensiune electrica. Un generator termoelectric
este asemanator unui motor termic, dar fata de cel din urma nu are parti
componente a
ate in miscare si este mai putin voluminos. Totusi, produc-
erea unui astfel de generator are un pret ridicat si este destul de inecient
(randamentul este in jur de 5 8%).
In aceasta poza, se poate vedea schema de principiu a unui generator termo-
electric cu efect Seebeck.
Generatorul termoelectric se poate folosi in urmatoarele cazuri:
In centralele termice, generatoarele termoelectrice se pot folosi pentru
a converti caldura risipita(care nu ajunge la consumator) in energie
electrica
La automobile, acestea se pot folosi pentru a mari ecienta combustibilu-
lui (in sensul ca o parte din caldura degajata prin arderea combustibilu-
lui si nefolosita pentru a produce lucru mecanic util va  convertita in
energie electrica)
2

In vehiculele spatiale, se folosesc de asemenea generatoare termoelec-
trice, dar acestea folosesc izotopi radioactivi pentru a creea gradientul
de temperatura necesar.
Fotocelulele folosesc numai o parte a spectrului de frecventa al radiatiei
electromagnetice pentru a genera energie (frecventele inalte). Astfel,
s-au inregistrat brevete care au ca idee principala folosirea frecventelor
joase ale undelor electromagnetice pentru a creea gradientul termic
necesar unui generator termoelectric.
2 Pompa de caldura cu efect Peltier
Pompa de caldura cu efect Peltier este un dispozitiv al carui principiu de
functionare are la baza efectul Peltier. Acesta este folosit pentru a creea un

ux de caldura ( sau un gradient de temperatura) intre doua jonctiuni ale
unor materiale diferite. Pentru a creea acest
ux de caldura, este necesara
folosirea unei cantitati de energie electrica. Acest dispozitiv poate  folosit si
pentru racire si pentru incalzire, dar in practica acest dispozitiv este folosit
mai des in racirea obiectelor. De asemenea, poate  folosit pe post de ter-
mostat.
In aceasta poza, se poate observa un racitor cu efect Peltier. Liniile de
culoare verde indica aerul la temperatura normala (inainte de intrarea in
dispozitiv). Liniile de culoare rosie si galbena indica aerul incalzit (care se
ridica intr-o incapere), iar cele culoare albastru deschis/inchis indica aerul
racit (care se va duce catre podea).
3

Fata de un dispozitiv de racire obisnuit, pompa de caldura cu efect Peltier
are urmatoarele avantaje:
lipsa elementelor componente care se a
a in miscare (toate componen-
tele sunt imobile) si lipsa agentului frigoric
durata de viata si de folosire mai ridicata fata de un dispozitiv clasic
de racire
un astfel de dispozitiv este de marime mai mica decat un dispozitiv de
racire obisnuit si este
exibil in ceea ce priveste proiectarea si modelarea
acestuia (poate avea diferite forme).
Principalele dezavantaje sunt costul ridicat de productie si randamentul scazut.
In aceasta poza se poate observa un element al unui dispozitiv de racire
Peltier( poate avea unul sau mai multe astfel de elemente). Elementele ter-
mice sunt legate in serie electric si in paralel termic.
4

3 Termometrul termoelectric
O portiune a termocuplei este mentinuta la 0C(cea rece). Portiunile de re
de langa jonctiunea calda sunt izolate foarte bine una de cealalta cu azbest.
Firele termocuplei trec prin cele doua discuri(D-D) incastrare in tubul de
portelan P. Capetele relor ajung la cele doua terminale T1 si T2. Firele
L1 si L2 (facute din acelasi material ca cel din care este facuta termocupla)
sunt conectate la cele doua terminale astfel incat jonctiunea rece sa poata
conectata preferential in alt loc. Jonctiunea calda este in contact cu obiectul
a carei temperatura se doreste a  masurata.
In gracul de langa poza este ilustrata dependenta dintre temperatura joctiu-
nii calde (temperatura obiectului care poate sa e variabila-daca se schimba
obiectul a carei temperatura se doreste a se masura) si temperatura jonctiu-
nii reci (stabile- luata ca punct de referinta).
Cu cat creste temperatura corpului, cu atat diferenta de temperatura dintre
el si obiectul de referinta creste (deci functia este asimptotica, dat ind faptul
ca temperatura rece este constanta)
Avantajele termometrului termoelectric
se poate folosi atunci cand se doreste o precizie mare a masurarii
absoarbe o cantitate inrma de caldura din corpul a carui temperatura
vrem sa o masuram
deoarece are capacitate calorica mica, dispozitivul atinge temperatura
corpului foarte rapid
5

producerea unui astfel de dispozitiv are un pret scazut si nu este com-
plicata.
Ca dezavantaje, se poate preciza ca:
nu este un dispozitiv de pe care putem citi direct temperatura
pentru diferite nivele de temperatura, sunt necesare diferite termocuple
ecare termocupla trebuie calibrata individual
4 Detectorul termoelectric
Principiul de functionare al acestui dispozitiv se bazeaza pe efectul Seebeck.
Detectorul termoelectric (termopila) este folosit pentru detectarea caldurii si
a radiatiilor de frecventa inalta. Termopila este confectionala dintr-un numar
mare de termocuple formate din bismut si stibiu, conectate in serie. Un set
de jonctiuni este acoperit cu funingine iar celalalt set este foarte bine slefuit
(are o suprafata foarte na). Acestea sunt introduse intr-o palnie.
Capetele termocuplei T1 si T2 sunt conectate la un galvanometru de mare
precizie G. Cand radiatia termica intalneste setul de jonctiuni acoperit cu
funingine acesta va absorbi radiatia intr-un timp foarte scurt si se vor incalzi.
Cel de-al doilea set de jonctiuni va re
ecta radiatiile si vor ramane relativ
reci. Astfel, se creeaza o diferenta de temperatura in ecare termocupla,
si deoarece toate termocuplele sunt conectate in serie curentul prin ecare
va avea acelasi sens (de la stibiu la bismut prin jonctiunea rece. In nal,
curentul rezultat va  masurat cu galvanometrul.
6

5 Lista de referinte
http://www.tutorvista.com
https://en.wikipedia.org
http://www.iue.tuwien.ac.at
7