Os efeitos Seebeck e Peltier são fenômenos termelétricos que explicam o funcionamento dos termopares, sensores de temperatura com 2 materiais diferentes.
O efeito Seebeck
Este fenômeno foi descoberto em 1821, pelo físico alemão Thomas Johann Seebeck. Considere o circuito abaixo com dois metais diferentes A e B. Ao esquentar uma das junções T_{1} ou T_{2}, uma força eletromotriz (diferença de potencial) é produzida nos terminais de V.
O termopar é um sensor de temperatura que usa o efeito Seebeck. Ao esquentar uma junção (Hot junction), uma tensão diretamente proporcional à temperatura é produzida nos terminais ligados à junção fria (Cold Junction). Porém, a tensão gerada é muito pequena, por volta de microvolts/ºC. Por isto, é usado um circuito eletrônico amplificador, para ler o sinal com mais facilidade e determinar a temperatura.
Como a diferença de temperatura entre as junções gera energia elétrica? Todo metal possui elétrons livres (free electrons), ficam na órbita mais externa do átomo (outer shell), quando recebem energia, ultrapassam a barreira potencial e ficam fora da eletrosfera.
Estes elétrons possuem energia térmica. Quanto maior a temperatura, maior a vibração de átomos e elétrons livres, portanto, maior energia térmica. Quando há uma diferença de temperatura (Temperature ΔT), os elétrons se concentram para o lado mais frio (Cold), devido ao aumento da vibração dos elétrons.
Os materiais possuem condutividades elétrica e térmica diferentes. A mesma variação de temperatura produzirá valores diferentes de tensão para cada metal. Consequentemente, uma corrente é criada se o circuito for fechado.
O fenômeno Peltier
Este efeito termelétrico é o oposto de Seebeck, foi descoberto acidentalmente em 1834, pelo físico francês Jean-Charles-Athanase Peltier. Ele descobriu que quando uma corrente elétrica flui por um circuito composto por dois filamentos: um de cobre (Copper) e outro de bismuto (Bismuth), uma junção fica mais quente (Hot Junction) e outra mais fria (Cold Junction).
Como a corrente elétrica produz diferença de temperatura? Cada metal possui uma energia térmica média dos elétrons. Quando os elétrons da corrente vão de uma liga para outra através da junção, estes perdem ou absorvem calor. Qual junção vai esquentar ou esfriar depende do sentido da corrente. A junção fria absorve calor, enquanto a junção quente emite calor.
A pastilha Peltier
A pastilha comercial Peltier usa semicondutores, pois são melhores para produzir os efeitos termelétricos. São usados dois semicondutores dopados dos tipos n (excesso de elétrons) e p (falta de elétrons). Os materiais mais usados são o telureto de bismuto (Bi_{2}Te_{3}) e o telureto de chumbo (PbTe).
Uma pastilha Peltier possui várias junções ligando os semicondutores com a malha condutora.
As células Peltier são muito frágeis, podem ficar quente nos dois lados e parar de funcionar. Por isso, não publiquei nenhuma demonstração prática do uso destas células. Vou ver o que dá para fazer.