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Ciencia e Ingenieria (Efecto Termoelectrico)

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Efecto Termoelectrico

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Ciencia e Ingenieria (Efecto Termoelectrico)

  1. 1. CIENCIA E INGENIERIA EFECTO TERMOELÉCTRICO Los dispositivos termoeléctricos se basan en el hecho de que cuando ciertos materiales son calentados, generan un voltaje eléctrico significativo. Por el contrario, cuando se les aplica un voltaje, se vuelven más calientes en un lado, y más fríos en el otro. Los electrones se mueven del extremo caliente del material al extremo frío, creando electrodos positivos y negativos y con ello el voltaje eléctrico. Este efecto, conocido como Peltier–Seebeck, es reversible. Esto no se produce en todos los materiales ya que, por ejemplo, el filamento de las bombillas incandescentes produce calor al aplicarle una diferencia de voltaje (efecto Joule), pero no es un efecto reversible. Materiales Termoeléctricos El proceso de termoelectricidad sólo ocurre en ciertos materiales, especialmente bien en los semiconductores (los materiales con los que se fabrican los chips). El problema fundamental para crear materiales termoeléctricos eficientes es que necesitan ser muy buenos transmitiendo la electricidad, pero no el calor. Actualmente, los materiales termoeléctricos tienen un bajo rendimiento energético, sólo un 6 por ciento. Una nueva generación de materiales, en lo que se añade antimonio y plomo al semiconductor de teluro de plomo, produce un material termoeléctrico que es más eficiente en las altas temperaturas que los materiales existentes, alcanzando el 14 por ciento de eficiencia. La meta a largo plazo es alcanzar el 20 por ciento de eficiencia. La clave para hacerlos más prácticos ha sido crear materiales semiconductores especiales en los cuales se crearon diminutos patrones para alterar el comportamiento de los materiales. Esto puede incluir la incorporación de nanopartículas o nanocables en una matriz de otro material. Estas estructuras nanométricas interfieren con el flujo de calor pero permiten a la electricidad fluir libremente. Aplicaciones La tecnología termoeléctrica actual sólo se usa en campos muy especializados, como la refrigeración de estado sólido, porque los materiales no son muy eficientes. Un ejemplo es el enfriamiento de asientos de automóviles en climas cálidos. Los dispositivos, similares a los calentadores de asientos, proporcionan confort directamente al individuo, en vez de enfriar el automóvil entero, ahorrando costos de climatización y de energía. Otra aplicación curiosa son las botas que emplean la termoelectricidad generada por el calor de los pies para cargar el teléfono móvil. Los motores de combustión interna actuales sólo aprovechan un 25% de la energía liberada en la combustión. Las células fotovoltaicas tienen un rendimiento máximo de un 15%. Sin embargo,
  2. 2. los nuevos materiales permiten ahorros substanciales de energía al poderse fabricar motores más eficientes. Las nuevas células fotovoltaicas híbridas permiten generar energía eléctrica y térmica simultáneamente. Los dispositivos electrónicos también aprovechar el calor radiado en termoelectricidad. Otro de los usos de estos nuevos materiales podría se en la conversión del calor desechado de los reactores nucleares, en el enfriamiento de los productos obtenidos de los altos hornos o en la extracción de crudo de las plataformas petrolíferas. A su vez, la compañía Fujitsu ha desarrollado un dispositivo híbrido capaz de generar electricidad utilizando dos fuentes de energía natural simultáneamente: luz y calor. Esta nueva generación de dispositivos hará posible mantener la la producción de energía a todas horas, reemplazando una fuente cuando la otra no esté disponible. Hay dos unidades que se utilizan comunmente para medir la cantidad de exposicion a la radiacion, el GRAY y el RAD. El GRAY (Gy) , el cual es la unidad SI de la dosis absorbida, corresponde a la absorcion de 1 Joul de energia por kilogramo de tejido ( 1 J/Kg). El RAD (dosis de radiacion absorbida) corresponde a la absorcion de 1 x 10^(-12) Jouls por kilogramo de tejido. Asi, 1 Gy = 100 rad. EL RAD ES LA UNIDAD QUE SE UTILIZA CON MAYOR FRECUENCIA EN LA MEDICINA. =======UNA EXPOSICION DE 600 REM ES FATAL PARA LA MAYORIA DE LOS SERES HUMANOS======= REM(Roentgen equivalente en el homre).
  3. 3. El julio (en inglés y también en español: joule;1 pronunciado jul) es la unidad derivada del Sistema Internacional utilizada para medir energía, trabajo y calor. entropía f. fís. Función termodinámica que es una medida de la parte no utilizable de la energía contenida en un sistema o materia. Entalpía (del griego ἐνθάλπω [enthálpō], ‘agregar calor’; formado por ἐν [en], ‘en’ y θάλπω [thálpō], ‘calentar’) es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H mayúscula, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno Estos son términos que se deben de aprender: -Efecto termoeléctrico -Energía calorica -Radiación -Termo-aislante -Termo-conductor -Calor -Panel térmico -Funcionamiento del panel térmico -Material de los paneles térmicos El efecto de Peltier, el de Seebek y el Termoeléctrico son los mismos Efecto Joule Si por un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido al choque que sufren los electrones con las moléculas del conductor por el que circulan elevando la temperatura del mismo. Explicación Los sólidos tienen generalmente una estructura cristalina, ocupando los átomos o moléculas los vértices de las celdas unitarias, y a veces también el centro de la celda o de sus caras. El cristalal ser sometido a una diferencia de potencial, los electrones son impulsados por el campo eléctrico a través del sólido debiendo en su recorrido atravesar la intrincada red de átomos que lo forma. En su camino, los electrones chocan con estos átomos perdiendo parte de su energía cinética (velocidad) que es cedida en forma de calor. Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente". Matemáticamente: Q = I2•R•t , siendo
  4. 4. Q = energía calorífica producida por la corriente expresada en Joule I = intensidad de la corriente que circula R = resistencia eléctrica del conductor t = tiempo En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los hornos, las tostadoras, las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados industrialmente como soldadoras, etc. en los que el efecto útil buscado es precisamente el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente. En muchas aplicaciones este efecto es indeseado y es la razón por la que los aparatos eléctricos y electrónicos (como el ordenador desde el que está leyendo esto) necesitan un ventilador que disipe el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos. Realizando un nuevo análisis del efecto de Joule, es conocido que cuando la corriente eléctrica circula por un conductor, encuentra una dificultad que depende de cada material y que es lo que llamamos resistencia eléctrica, esto produce unas pérdidas de tensión y potencia, que a su vez den lugar a un calentamiento del conductor, la cual provoca una pérdida de energía eléctrica, la que se transforma en calor, estas pérdidas se valoran mediante la siguiente expresión: Ep=Pp*t Donde: Pp= potencia perdida t = tiempo en segundos. Este efecto es aprovechado en aparatos caloríficos, donde estas pérdidas se transforman en energía calorífica, que se expresa por la letra Q, y se mide en calorías. Calor específico. Cantidad de calor que se le comunica a un cuerpo para elevar un grado la temperatura, de un gramo del total de la masa. A continuación se indican los valores de calor específico para algunos materiales. La energía calorífica en función del calor específico y de la variación de la temperatura, se expresa de la siguiente manera: Q=Ce*m*ΔT Donde: Q= Energía calorífica en calorías Ce= calor específico Cal/g*ºC m= masa del cuerpo en gramos Δt= incremento de la temperatura en grados celsius. Fuente  http://www.emagister.com/curso-electricidad-fisicos-tecnicos/efecto-joule

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