Wat is het Seebeck-effect?
Het Seebeck-effect beschrijft een thermo-elektrisch fenomeen waarbij temperatuurverschillen tussen twee ongelijksoortige metalen in een circuit worden omgezet in een elektrische stroom.
Het Seebeck-effect werd ontdekt in 1821 en is een van de drie omkeerbare fenomenen die vergelijkbare processen beschrijven met betrekking tot thermo-elektriciteit, geleidbaarheid en temperatuur. Het Peltier-effect werd voor het eerst waargenomen in 1834 en het Thomson-effect werd voor het eerst uitgelegd in 1851.
Het Seebeck-effect is genoemd naar de Oost-Pruisische wetenschapper Thomas Johann Seebeck (1770-1831). In 1821 ontdekte Seebeck dat een circuit bestaande uit twee ongelijksoortige metalen elektriciteit geleidt als de twee plaatsen waar de metalen met elkaar worden verbonden op verschillende temperaturen worden gehouden. Seebeck plaatste een kompas in de buurt van het circuit dat hij bouwde en merkte op dat de naald afbuigde. Hij ontdekte dat de grootte van de afbuiging evenredig toenam naarmate het temperatuurverschil toenam. Zijn experimenten merkten ook op dat de temperatuurverdeling langs de metalen geleiders het kompas niet beïnvloedde. Het veranderen van de soorten metalen die hij gebruikte, veranderde echter de grootte die de naald afbuigde.
De Seebeck-coëfficiënt is een getal dat de spanning beschrijft die wordt geproduceerd tussen twee punten op een geleider, waarbij een uniform temperatuurverschil van 1 graad Kelvin bestaat tussen de punten. De metalen in de experimenten van Seebeck reageerden op de temperaturen en creëerden een stroomlus in het circuit en een magnetisch veld. Seebeck was zich destijds niet bewust van een elektrische stroom en ging er ten onrechte van uit dat dit een thermomagnetisch effect was.
In 1834 beschreef de Franse wetenschapper Jean Charles Athanase Peltier (1784-1845) de tweede nauw verwante fenomenen, nu bekend als het Peltier-effect. In zijn experiment veranderde Peltier de spanning tussen de metalen geleiders en ontdekte dat de temperatuur bij beide verbindingen evenredig veranderde. In 1839 ging de Duitse wetenschapper Heinrich Lenz (1804-1865) in op de ontdekking van Peltier en beschreef hij warmteoverdracht op de kruispunten, afhankelijk van de richting waarin de stroom langs het circuit stroomt. Hoewel deze twee experimenten gericht waren op verschillende delen van het circuit en de thermo-elektrische effecten, worden ze vaak eenvoudigweg het Seebeck-Peltier-effect of het Peltier-Seebeck-effect genoemd.
In 1851 merkte de Britse natuurkundige William Thomson (1824-1907), later bekend als de eerste baron Kelvin, op dat het verwarmen of koelen van een enkel type metalen geleider door een elektrische stroom. Het Thomson-effect beschrijft de snelheid van warmte gecreëerd of geabsorbeerd in een stroomvoerende metaal of ander geleidend materiaal, onderworpen aan een temperatuurgradiënt.
Thermokoppel thermometers zijn elektrotechnische hulpmiddelen op basis van het meten van het Seebeck-effect en de Peltier- en Thompson-effecten. De thermometers werken door het thermische potentiaalverschil om te zetten in elektrisch potentiaalverschil.