Effetto Seebeck

L’effetto Seebeck, scoperto da Thomas Johann Seebeck nel 1821, è un effetto termoelettrico per cui, in un circuito costituito da due conduttori metallici (o semiconduttori) diversi ed in serie fra loro, sottoposto ad un gradiente di temperatura è in grado di generare una differenza di potenziale (tra le zone a diversa temperatura) tale da originare un flusso di corrente (forza elettromotrice termoelettrica di Seebeck o forza termoelettromotrice).

La differenza di potenziale a cui si portano i due metalli è proporzionale alla differenza di temperatura. La costante di proporzionalità \(\alpha\) prende il nome di Coefficiente di Seebeck, ed è espressa in \(\mu\cdot\textrm{V}\cdot\textrm{K}^{-1}\).

\[\alpha (T)=\lim_{\Delta T\rightarrow 0}\dfrac{\Delta V}{\Delta T}\]

L’effetto Seebeck, dunque, è generato dalla diffusione di elettroni attraverso l’interfaccia di due metalli isotermici a contatto, sottoposti ad un gradiente di temperatura: quello che riceve elettroni diventa (all’interfaccia) negativo, mentre quello che fornisce elettroni diventa positivo. In altre parole avviene che: i portatori della zona a temperatura più alta diffonderanno verso quelli nella zona a temperatura più bassa. Così come i portatori di carica nella zona a bassa temperatura diffondono dalla zona più fredda a quella più calda per la stessa ragione.

Ad equilibrio raggiunto, il campo elettrico che si viene così a generare impedisce l’ulteriore migrazione degli elettroni quando viene raggiunto un valore sufficientemente alto della differenza di potenziale. Poiché l’intensità delle forze di diffusione degli elettroni dipende dalla temperatura della giunzione, il potenziale elettrico sviluppato fornisce l’indicazione della temperatura stessa.

Applicazioni dell’effetto Seebeck

L’effetto Seebeck può essere sfruttato sia per misurare la differenza di temperatura che come generatore termoelettrico.

Nel primo caso, lo strumento di misura che si avvale di tale effetto per la misura della temperatura è la termocoppia, che trasduce la differenza di temperatura in differenza di potenziale elettrico, generata in un circuito costituito da fili di materiale diverso.

Nel secondo caso, i generatori termoelettrici ad effetto Seebeck convertono circa il 7% della potenza termica in potenza elettrica. Pertanto hanno un rendimento basso, infatti per confronto, un motore a turbina è in grado di convertire circa il 20% dell’energia termica in energia elettrica.