Efekt Peltiera
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b7/Peltier_effect_circuit.png)
Efekt Peltiera – zjawisko termoelektryczne w ciałach stałych, polegające na wydzielaniu lub pochłanianiu energii pod wpływem przepływu prądu elektrycznego przez złącze.
W wyniku pochłaniania energii na jednym złączu i wydzielania energii na drugim, pomiędzy złączami powstaje różnica temperatur. Zjawisko jest odwrotne do efektu Seebecka, po raz pierwszy zostało zaobserwowane w 1834 roku przez Jeana Peltiera[1][2].
Efekt Peltiera zachodzi na granicy dwóch różnych przewodników lub półprzewodników (n i p) połączonych dwoma złączami (tzw. złącza Peltiera). Podczas przepływu prądu jedno ze złącz ulega ogrzaniu, a drugie ochłodzeniu. Ochłodzeniu ulega złącze, w którym elektrony przechodzą z przewodnika o niższym poziomie Fermiego do przewodnika o wyższym. Po zmianie kierunku przepływu prądu na przeciwny, zjawisko ulega odwróceniu (ze względu na symetrię złącz).
Ciepło pochłaniane przez „zimne” złącze i wydzielane w złączu „gorącym” jest opisywane równaniem:
gdzie:
- – współczynnik Peltiera układu.
Natura zjawiska Peltiera
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7e/Zlacze_metal-polprzewodnik.svg/300px-Zlacze_metal-polprzewodnik.svg.png)
Gdy do złącza przyłożone zostanie pole elektryczne (w zaznaczonym kierunku), to elektrony będą przechodziły z pasma przewodnictwa półprzewodnika do metalu, przy czym będą zmuszone w sąsiedztwie styku oddać zgromadzoną energię potencjalną o wartości Energia ta to ciepło Peltiera, pochłaniane/wydzielające się w sąsiedztwie złącza podczas transportu przez nie ładunku równego jednemu elektronowi.
Jeżeli pole elektryczne E skierowane jest przeciwnie, to z metalu do półprzewodnika mogą przejść jedynie elektrony o odpowiednio wysokiej energii kinetycznej (tzw. gorące elektrony). Zubożenie obszaru przyległego do złącza w wysokoenergetyczne elektrony prowadzi do obniżenia średniej energii elektronów w paśmie, a w konsekwencji do obniżenia temperatury sieci krystalicznej, od której tę energię pobierają, dochodząc do równowagi termodynamicznej (okolica złącza ochładza się). Energia, wydzielana wynosi:
Energię kinetyczną elektronów można określić ze wzoru:
gdzie:
- – stała o wartości w zakresie 0–2, w zależności od mechanizmu rozpraszania nośników ładunku,
- – stała Boltzmanna,
- – temperatura.
Przy określaniu wartości współczynnika Peltiera nie uwzględnia się roli metalu elektrody, ponieważ efekt Peltiera jest w przypadku półprzewodników wyższy o rząd wielkości niż w przypadku metali.
Zobacz też
- ogniwo Peltiera
- zjawisko Seebecka
- zjawisko Thomsona
Przypisy
- PWN: 3955612
- Britannica: science/Peltier-effect
- БРЭ: 2709837
- SNL: peltiereffekt
- Catalana: 0049842