ترموالکتریسیته شامل پدیده‌هایی است که هم شامل انرژی گرمایی) یا حرارت) و هم شامل الکتریسیته می باشد. ترموالکتریسیته، فرآیندی تعادلی نیست بلکه از نوع فرآیند حالت پایا مانند رسانندگی الکتریکی است که به حضور بارهای الکتریکی متحرک نیاز دارد. در نبود میدان مغناطیسی با سه اثر ترمودینامیک روبرو می‌شود اثر زبک، اثر پلیته، اثر تامسون.

سیر تحولی و رشد پدیده ترموالکتریسیته

اگر سرهای دو میله رسانا یا نیمه رسانا از جنس مختلف، دو به دو به هم متصل شود و دو محل اتصال در دماهای متفاوت قرار گیرد (مثلا یکی از اتصال ها گرم شود) در مدار بسته متشکل از این دو میله جریانی الکتریکی ایجاد می‌شود که شدت آن با اختلاف دمای اتصال ها متناسب است. حال در صورت نبود میدان مغناطیسی با سه اثر ترمودینامیک بررسی می‌شود. اثر زبک که توسط توماس جان زبک در 1882 کشف شد؛ اثر پلیته که توسط ژان شارل آثاناس پلیته در 1834 کشف شد و اثر تامسون که در سال 1854 توسط ویلیام تامسون پیش بینی شد و چند سال بعد بطور تجربی توسط خودش مورد تأیید قرار گرفت. سه اثر زبک، پلیته و تامسون مستقل از یکدیگر نیستند. تامسون (که بعدها به لقب لرد کلوین مفتخر شد) در ارائه پیش بینی‌اش از استدلال های ترمودینامیکی استفاده کرد، که چندان دقیق نبودند. استدلال دقیق با بکار گیری ترمودینامیک برگشت ناپذیر به همین نتیجه می‌انجامد، و معادلاتی که این سه اثر را به یکدیگر ربط می‌دهند، روابط کلوین نامیده می‌شود. گرمایش ژول که با جریان بارهای الکتریکی در هر جسم غیر ابررسانایی همراه است، اثری ترمودینامیک نیست.

اثر زبک

اگر ماده‌ای که حاوی الکترون های متحرک است در معرض جریان گرمایی قرار بگیرد و این به ایجاد اختلاف دمای ∆T در داخل ماده منجر شود، در این صورت با یک اختلاف پتانسیل مدار باز روبرو خواهیم شد. برای یک جسم همگن و اختلاف دمای کوچک ، رابطه میان اختلاف پتانسیل ∆V و اختلاف ∆T چنین است:

∆V = SA(Tmean)∆T

 که در آن SA(Tmean)∆T توان گرمایی ماده A در دمای Tmean و ∆T = T2 - T1 و Tmean = (T2 + T1)/2 است. ضریب (SA(Tmean توان الکتریک یا ضریب زبک نیز نامیده می‌شود. نام اخیر برای نیم رساناها متداول شده است. از معادله بالا می‌توان نتیجه گرفت و به معادله کلی‌تر زیر رسید:

V = ∫ SA(Tmean) ∆T

بر خلاف درک نادرستی که رایج است، علامت توان گرمایی به عواملی بیش از علامت توان گرمایی به آماری که بیانگر روابط حالت پایای بین حامل بار و دماست بستگی پیدا می کند. برای فلزات، که معمولا مشمول آمار فرمی-دیراک می‌شوند، توان های گرمایی کوچکی بدست می‌آید. برای نیم رساناها (نیم فلزها)، که معمولا مشمول توزیع ماکسول-بولتزمن هستند، با توان های گرمایی بزرگتری روبرو می‌شویم.

کاربرد اثر زبک

متداول ترین کاربرد اثر زبک در ساخت ترموکوپل می‌بینیم. کوشش هایی که در بکار گیری اثر زبک در اختلاف دماهای طبیعی یا مهار شده، به منظور ساختن منابع ولتاژ، انجام شده‌اند موفقیت محدودی داشته‌اند.

مقایسه اختلاف اثر تامسون و پلیته با اثر زبک

در اثر تامسون و پلیته از دو جنبه مهم با اثر زبک تفاوت دارند. اولا با شارشی از جریان الکتریکی باید سر و کار داشته باشیم یعنی این اثرها در مدار بار الکتریکی رخ نمی‌دهد. ثانیا، به گرمای برگشت پذیر روبرو می‌شویم.

اثر پلیته

اثر پلیته، به پیوندگاه هم دمای بین دو ماده متفاوت نسبت داده می‌شود. وقتی از این پیوندگاه جریانی در یک جهت عبور کند، گرما ایجاد می‌شود با معکوس کردن جهت این جریان باعث جذب همان مقدار گرما می‌شود. این گرما باچگالی جریان نسبت مستقیم دارد و جهت جریانی که به تولید گرما می‌انجامد. به کمک ضرایب زبک در دو ماده قابل تعیین است. اثر پلیته را برای ساختن وسیله‌ای که قسمت های متحرک نداشته باشد، می‌توان بکار برد.

اثر تامسون

اثر تامسون در ماده واحدی که گرادیان دمایی هم داشته باشد، رخ می‌دهد. جریان در یک جهت گرما تولید می کند، در حالی که در جهت مخالف همان گرما را جذب می‌کند. با استفاده از این اصل، برای آشکار سازهای مختلف اپتیکی ،خنک کننده‌های ترموالکتریکی ساخته شده است.

در صورت تمایل برای خرید انواع ترمومتر به سایت انرژی کالا مراجعه بفرمایید.