Sind das dieselben Elemente wie in tragbaren Kühlboxen?

Ja. Ein industrielles Modul besteht aus vielen Lötstellen elektrisch in Reihe und thermisch parallel. Die Kühlung begrenzen Joulesche Erwärmung und Rückwärmeleitung.

Warum verschwindet die Seebeck-Spannung, wenn die Temperaturen gleich geworden sind?

V = S ΔT. Bei ΔT = 0 gibt es keine gerichtete Diffusion der Ladungsträger vom heißen zum kalten Rand.

Kann man gleichzeitig kühlen und Strom erzeugen?

Nein: entweder treibt Arbeit die Wärme (Peltier), oder der Wärmestrom liefert eine EMK (Seebeck). Der Vorgang ist umkehrbar, aber nicht in beide Richtungen zugleich.

Peltier- und Seebeck-Effekt

Strom transportiert Wärme durch den Kontakt; die Temperaturdifferenz ΔT erzeugt eine Spannung im Millivoltbereich — ein Thermoelement, zwei Modi.

Zum Modell

Peltier- und Seebeck-Effekt verknüpfen Strom und Temperaturdifferenz am Kontakt zweier verschiedener Leiter. Im Peltier-Modus transportiert der Strom I Wärme durch die Lötstelle: der Wärmestrom Q̇ = ±Π I, wobei Π der Peltier-Koeffizient ist; das Vorzeichen wechselt mit der Stromrichtung. Im Seebeck-Modus ergibt eine vorgegebene Differenz ΔT die Spannung V = S ΔT, wobei S der Seebeck-Koeffizient ist. Ein Thermoelement, zwei Modi. Joulesche Wärme und Wärmeleitung im Volumen bleiben unberücksichtigt — Pfeile und Millivolt sind zur Anschauung, kein Datenblatt eines Moduls.

Für wen: Thermodynamik und Festkörperphysik: Thermoelektrizität, Thermoelemente.

Wichtige Begriffe

peltier-effekt
seebeck-effekt
thermoelement
seebeck-koeffizient
peltier-koeffizient
kontaktstelle
thermoelektrizität

So funktioniert es

An einer Lötstelle zwei Modi. Peltier: der Strom transportiert Wärme, Q̇ = ±Π I, das Vorzeichen mit der Richtung von I. Seebeck: die Temperaturdifferenz ergibt die Spannung V = S ΔT. Auf dem Bildschirm Wärmepfeile und Millivolt; Joulesche Wärme und Wärmeleitung der Stäbe gehören nicht zum Modell.

Häufige Fragen

Sind das dieselben Elemente wie in tragbaren Kühlboxen?: Ja. Ein industrielles Modul besteht aus vielen Lötstellen elektrisch in Reihe und thermisch parallel. Die Kühlung begrenzen Joulesche Erwärmung und Rückwärmeleitung.
Warum verschwindet die Seebeck-Spannung, wenn die Temperaturen gleich geworden sind?: V = S ΔT. Bei ΔT = 0 gibt es keine gerichtete Diffusion der Ladungsträger vom heißen zum kalten Rand.
Kann man gleichzeitig kühlen und Strom erzeugen?: Nein: entweder treibt Arbeit die Wärme (Peltier), oder der Wärmestrom liefert eine EMK (Seebeck). Der Vorgang ist umkehrbar, aber nicht in beide Richtungen zugleich.

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