ترموالکتریک شاخه‌ای از فیزیک است که به مطالعه تبدیل مستقیم گرما به برق و بالعکس می‌پردازد. این پدیده بر اساس خواص خاصی از مواد نیمه‌رسانا است که در آن‌ها جریان الکتریکی و جریان حرارتی به هم مرتبط هستند.
اصول اولیه ترمو الکتریک
* اثر سیبک: هنگامی که دو انتهای یک ماده ترموالکتریک دارای اختلاف دما باشند، یک ولتاژ الکتریکی در آن ایجاد می‌شود. این پدیده اساس کار ژنراتورهای ترموالکتریک است.
* اثر پلتیه: با عبور جریان الکتریکی از اتصال دو ماده ترموالکتریک، یکی از اتصالات گرم شده و دیگری سرد می‌شود. این پدیده اساس کار یخچال‌های ترموالکتریک است.
* اثر تامسون: هنگامی که یک جریان الکتریکی در یک ماده ترموالکتریک ناهمگن (با گرادیان دما) جریان داشته باشد، گرما تولید یا جذب می‌شود.
مواد ترموالکتریک
مواد ترموالکتریک معمولاً از نیمه‌رساناهایی ساخته می‌شوند که دارای خواص الکتریکی و حرارتی خاصی هستند. برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های این مواد عبارتند از:
* ضریب سیبک بالا: این ضریب نشان‌دهنده توانایی ماده در تولید ولتاژ در اثر اختلاف دما است.
* هدایت الکتریکی بالا: برای کاهش تلفات اهمی.
* هدایت حرارتی پایین: برای حفظ اختلاف دما در دو طرف ماده.
کاربردهای ترموالکتریک
* ژنراتورهای ترموالکتریک: برای تولید برق از منابع حرارتی مانند دودکش‌ها، اگزوز خودروها و انرژی خورشیدی استفاده می‌شوند.
* یخچال‌های ترموالکتریک: در یخچال‌های کوچک، کولرهای قابل حمل و دستگاه‌های خنک‌کننده الکترونیکی استفاده می‌شوند.
* سنسورهای دما: ترموکوپل‌ها که نوعی ژنراتور ترموالکتریک هستند، برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شوند.
* پمپ‌های حرارتی: برای گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها کاربرد دارند.
مزایای ترموالکتریک
* بدون قطعات متحرک: ساختار ساده و بدون سایش
* ابعاد کوچک و قابل حمل
* سازگاری با محیط زیست: آلودگی تولید نمی‌کنند
* قابلیت استفاده از منابع حرارتی مختلف
محدودیت‌ها
* بازده پایین: در حال حاضر، بازده تبدیل انرژی در دستگاه‌های ترموالکتریک نسبت به سایر روش‌ها پایین‌تر است.
* هزینه بالا: مواد ترموالکتریک خاص و گران قیمت هستند.