Was ist der Seebeck-Effekt?
Der Seebeck-Effekt beschreibt ein thermoelektrisches Phänomen, durch das Temperaturunterschiede zwischen zwei verschiedenen Metallen in einem Kreis in elektrischen Strom umgewandelt werden.
Der 1821 entdeckte Seebeck-Effekt ist eines von drei reversiblen Phänomenen, die ähnliche Prozesse in Bezug auf Thermoelektrizität, Leitfähigkeit und Temperatur beschreiben. Der Peltier-Effekt wurde erstmals 1834 beobachtet und der Thomson-Effekt erstmals 1851 erklärt.
Der Seebeck-Effekt ist nach dem ostpreußischen Wissenschaftler Thomas Johann Seebeck (1770-1831) benannt. Im Jahr 1821 entdeckte Seebeck, dass ein Stromkreis aus zwei verschiedenen Metallen Strom leitet, wenn die beiden Stellen, an denen sich die Metalle verbinden, auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden. Seebeck platzierte einen Kompass in der Nähe der von ihm gebauten Rennstrecke und bemerkte, dass die Nadel ausschlug. Er entdeckte, dass die Größe der Ablenkung proportional zur Temperaturdifferenz zunahm. In seinen Experimenten wurde auch festgestellt, dass die Temperaturverteilung entlang der Metallleiter keinen Einfluss auf den Kompass hatte. Durch die Änderung der von ihm verwendeten Metalle änderte sich jedoch die Stärke, mit der die Nadel ausgelenkt wurde.
Der Seebeck-Koeffizient ist eine Zahl, die die Spannung beschreibt, die zwischen zwei Punkten auf einem Leiter erzeugt wird, wobei zwischen den Punkten eine gleichmäßige Temperaturdifferenz von 1 Grad Kelvin besteht. Die Metalle in Seebecks Experimenten reagierten auf die Temperaturen und erzeugten eine Stromschleife im Stromkreis und ein Magnetfeld. Da Seebeck zu diesem Zeitpunkt keinen elektrischen Strom kannte, ging er fälschlicherweise von einem thermomagnetischen Effekt aus.
Der französische Wissenschaftler Jean Charles Athanase Peltier (1784-1845) beschrieb 1834 das zweite eng verwandte Phänomen, das heute als Peltier-Effekt bekannt ist. In seinem Experiment änderte Peltier die Spannung zwischen den Metallleitern und stellte fest, dass sich die Temperatur an beiden Verbindungsstellen proportional änderte. Der deutsche Wissenschaftler Heinrich Lenz (1804-1865) erweiterte 1839 Peltiers Entdeckung und beschrieb die Wärmeübertragung an den Verbindungsstellen in Abhängigkeit von der Richtung, in der der Strom entlang des Stromkreises fließt. Während sich diese beiden Experimente auf verschiedene Teile der Schaltung und die thermoelektrischen Effekte konzentrierten, werden sie oft einfach als Seebeck-Peltier-Effekt oder Peltier-Seebeck-Effekt bezeichnet.
Im Jahr 1851 beobachtete der britische Physiker William Thomson (1824–1907), später bekannt als der erste Baron Kelvin, das Erhitzen oder Abkühlen eines einzelnen Metallleitertyps aus einem elektrischen Strom. Der Thomson-Effekt beschreibt die Rate der Wärme, die in einem stromführenden Metall oder einem anderen leitenden Material erzeugt oder absorbiert wird, das einem Temperaturgradienten ausgesetzt ist.
Thermoelement-Thermometer sind elektrotechnische Werkzeuge, die auf der Messung des Seebeck-Effekts und der Peltier- und Thompson-Effekte basieren. Die Thermometer arbeiten, indem sie die thermische Potentialdifferenz in elektrische Potentialdifferenz umwandeln.