THERMOÉLECTRICITÉ
Rendement d'un dispositif thermoélectrique
Conditions d'équilibre aux soudures froides d'un couple thermoélectrique
L'expression de l'échange de chaleur dQ par effet Peltier, en fonction du courant dI qui parcourt le circuit, est :
Couple thermoélectrique
Encyclopædia Universalis France
Soit maintenant un circuit constitué de deux bras de matériaux thermoélectriques 1 et 2 convenablement choisis (α1 et α2 de signe contraire), les bras étant réunis par une connexion métallique de cuivre.
Les phénomènes thermiques qui interviennent sont les échanges de chaleur avec l'extérieur, l'effet Joule, l'effet Peltier et la conductivité thermique.
L'écriture des conditions d'équilibre permet de trouver la relation entre la température froide TF qui peut être atteinte, en fonction de Q, quantité de chaleur empruntée au milieu extérieur par les soudures froides, lorsque la température chaude TC est maintenue constante :
Dans le cas, non plus de 1, mais de n couples en parallèle thermique, l'équation précédente reste valable à condition que Q soit remplacé par Q/n.
La température la plus froide qu'il soit possible d'obtenir est atteinte lorsque simultanément :
La valeur du courant qui fournit l'expression de :
Rendement de la réfrigération
Le rendement de réfrigération η peut être défini comme étant égal au rapport entre la puissance fournie (ou prélevée) au milieu extérieur Q et la puissance électrique P qu'il a fallu fournir au dispositif pour établir la différence de température TC − TF.
La valeur de Q pour une différence TC − TF choisie est tirée de l'équation (1) ; et P peut s'écrire :
Le rendement Q/P dépend donc, pour des valeurs choisies de TC et TF, du courant I, des longueurs et sections des bras de thermoélément et de la valeur de Z.
En optimisant section, longueur et courant, on est conduit à l'expression suivante, donnant le rendement de réfrigération :
La grandeur Z, qui intervient dans le rendement comme dans l'expression donnant la température froide minimale, est appelée facteur de mérite ; elle caractérise la qualité thermoélectrique.
Rendement de la conversion d'énergie
Le rendement η peut être défini comme étant égal au rapport entre la puissance électrique P fournie à un circuit récepteur d'impédance R et la chaleur Q prélevée à la source chaude.
Le rendement dépend du rapport m des impédances du circuit récepteur et du circuit thermoélectrique ; en gardant la même définition de Z, une expression du rendement est :
Le rendement maximal a lieu lorsque :
Selon la température de la source chaude, le choix des thermoéléments diffère, le produit ZTC gardant sensiblement la même valeur (0,8). L'introduction de cet ordre de grandeur dans les équations précédentes permet d'aboutir à une expression approchée mais simple du rendement thermoélectrique en fonction du rendement de Carnot ηC d'une machine réversible fonctionnant entre les mêmes températures :
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Écrit par
- Michel ALAIS : ingénieur de l'École supérieure de physique et de chimie industrielles (E.S.P.C.I.) de Paris, ingénieur en chef à la Direction des activités Télécom de la Compagnie Industrielle des Télécommunications (C.I.T.-ALCATEL)
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Médias
Conducteurs : propriétés
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Couple thermoélectrique
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Alliages de tellurure de bismuth
Encyclopædia Universalis France
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