Seebeckilmiöön

Seebeckilmiö on sähköinen ilmiö, jossa kahdesta erilaisesta johdosta muodostuva silmukka muodostaa jännitteen, kun sen kaksi liitoskohtaa ovat eri lämpötilassa. Ilmiö syntyy materiaalien sähköisten ominaisuuksien eron vuoksi, ja se on perusta termoparien (thermocouples) toiminnalle sekä termoeettisille generaattoreille.

Käytännössä lämpötilan ero aiheuttaa elektronien tai varaajien diffuusion liikettä kuumemmasta liitoskohdasta kohti viileämpää, jolloin syntyy sähköinen potentiaaliero. Kun silmukka on suljettu, diffuusiota vastaan kassoitua sähköistä kenttää vastaan puolestaan virta kulkee, ja lopulta tasapainossa syntyy jännite ilman pakkoliikettä. Termoparissa kokonaisjännite riippuu liitosmateriaalien Seebeck-kerrointen erosta sekä lämpötilojen muutoksesta.

Seebeck-kerroin (S) kuvaa jännitteen muutosta lämpötilan funktiona. Eräiden materiaaliparien tapauksessa kokonaisjännite on likimäärin ΔV ≈ (S_hot − S_cold) ΔT, ja thermoeppen parien yhdistelmät voivat tuottaa suuremman vasteen. Suurella Seebeck-kerroimella ja hyvällä sähköisellä sekä matalalla lämmönjohtavuudella varustetut materiaalit ovat suotuisia termoeettisille sovelluksille.

Sovelluksia ovat muun muassa termoparit lämpötilan mittauksessa sekä termoeettiset generaattorit, jotka muuttavat lämpöenergiaa sähköenergiaksi. Materiaalien kehitys keskittyy parempaan ZT-kykyyn, jossa ZT = S^2σT/κ. Tyypillisiä materiaaleja ovat perinteiset Bi2Te3- sekä PbTe-tyyppiset puolijohteet, joita käytetään sekä pienlämpötiloissa että suurtehoisia sovelluksia varten.

Seebeckilmiö tunnettiin 1821 Thomas Johann Seebeckin löytönä, ja sitä kautta kehittyi suuria sovelluksia energiatehokkuuden ja mittaamisen alueilla.

---