Aplique as relações entre fluxos e forças da termodinâmica fora do equilíbrio no regime linear para abordar o fenômeno Termoelétrico. Explique os seguintes efeitos:
(a) O Efeito Seebeck.
(b) O Efeito Peltier.
(a) O Efeito Seebeck.
(b) O Efeito Peltier.
Passo 1
Beleza, vamos resolver essa questão sobre os fenômenos termoelétricos usando as relações entre fluxos e forças da termodinâmica fora do equilíbrio no regime linear. A matéria envolve termodinâmica e eletricidade, especificamente os Efeitos Seebeck e Peltier. Para isso, vamos precisar entender como fluxos de calor e carga elétrica se relacionam com forças como gradientes de temperatura e potencial elétrico.
Passo 2
Primeiro, vamos entender os conceitos básicos. Na termodinâmica fora do equilíbrio, especialmente no regime linear, os fluxos (como fluxo de calor e de carga elétrica) são proporcionais às forças que os impulsionam (como gradientes de temperatura e de potencial). Podemos representar isso com equações lineares usando coeficientes de acoplamento.
Passo 3
Vamos representar os fluxos e forças:
-
: fluxo de calor -
: fluxo de carga elétrica -
: gradiente de temperatura -
: gradiente de potencial elétrico
As relações lineares ficam:
Aqui,
,
,
, e
são os coeficientes de acoplamento que relacionam os fluxos às forças.
Passo 4
Agora, vamos focar no Efeito Seebeck. Esse efeito ocorre quando existe um gradiente de temperatura (
) e gera uma diferença de potencial elétrico (
). Ou seja, o fluxo de calor faz com que as cargas elétricas se movam, criando uma tensão.
Usando a segunda equação:
Para o Efeito Seebeck, não há corrente elétrica líquida (
), então:
Podemos isolar
:
O coeficiente
é conhecido como coeficiente de Seebeck (
):
Passo 5
Agora, vamos para o Efeito Peltier. Esse efeito ocorre quando uma corrente elétrica (
) atravessa um material conduzindo calor (
). Isso significa que a passagem de carga elétrica transporta calor, resultando em aquecimento ou resfriamento em diferentes pontos do material.
Voltando à primeira equação:
Para o Efeito Peltier, consideramos que não há fluxo de calor devido ao gradiente de temperatura externo (
), então:
Sabemos que
. Com
:
Podemos relacionar
e
:
O coeficiente
é conhecido como coeficiente de Peltier (
):
Resposta
(a) O Efeito Seebeck está descrito pelo coeficiente
, onde um gradiente de temperatura gera uma diferença de potencial elétrico.
(b) O Efeito Peltier é representado pelo coeficiente
, no qual uma corrente elétrica conduz calor, causando aquecimento ou resfriamento.