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Effet Peltier

L'effet Peltier (aussi appelé effet thermoélectrique) est un phénomène physique de déplacement de chaleur en présence d'un courant électrique. L'effet se produit dans des matériaux conducteurs de natures différentes liés par des jonctions (contacts). Une des jonctions se refroidit alors légèrement, pendant que l'autre se réchauffe. Cet effet a été découvert en 1834 par le physicien Jean-Charles Peltier.

Définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.)

La figure ci-contre montre le circuit thermoélectrique de base.

Deux matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) conducteurs de natures différentes a et b sont reliés par deux jonctions en X et W. Dans le cas de l’effet Peltier (L'effet Peltier (aussi appelé effet thermoélectrique) est un phénomène physique de déplacement de chaleur en présence d'un courant électrique. L'effet se produit dans des matériaux conducteurs de natures différentes liés par des jonctions...), un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique (électrons).) I est imposé au circuit, en plaçant par exemple une source de courant électrique entre Y et Z, ce qui entraîne une libération de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) Q à une jonction et une absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le photon est détruit lors de...) de chaleur à l’autre jonction. Le coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme),...) Peltier relatif aux matériaux a et b Πab est alors défini par :

\Pi_{ab}=\frac{Q}{I}\,

Si un courant imposé dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution...) Y→W→X→Z entraîne une libération de chaleur en X et une absorption en W, alors Πab est positif.

Théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance...)

L’effet Peltier est lié au transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal...) d’entropie (En thermodynamique, l'entropie est une fonction d'état introduite au milieu du XIXe siècle par Rudolf Clausius dans le cadre du second principe, d'après les travaux de Carnot[1]. Clausius a montré que...) par les porteurs de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être...) (électrons ou trous) au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des...) du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.). Ainsi lorsqu'il y a dans le schéma de principe ci-dessus une libération de chaleur en X et une absorption en W, cela est dû au fait que les électrons ou les trous gagnent de l'entropie en passant du matériau b au matériau a en W (il y a donc absorption de chaleur), tandis que réciproquement ils reperdent de l'entropie en passant du matériau a au matériau b en X (il y a donc libération de chaleur).

On a en fait deux réactions chimiques (les espèces chimiques étant des défauts ponctuels du semi-conducteur) :

  • une réaction endothermique, qui génère des charges électriques ;
  • une réaction exothermique, qui annule les charges.

Les réactions ne sont possibles que s'il y a une circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) de charges entre les deux lieux sièges des réactions.

On peut faire une analogie avec une centrale thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes physiques, en...) et un chauffage :

  • la centrale thermique est une machine servant à transformer la chaleur en électricité ;
  • l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne...) est transportée jusque chez le particulier ;
  • cette électricité sert à produire de la chaleur avec un chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.).

Dans l'effet Peltier, on s'intéresse à la capacité de la centrale thermique à absorber de la chaleur.

Applications

L'effet Peltier est à la base des systèmes de refroidissement par effet thermoélectrique :

  • Refroidissement des microprocesseurs sur-cadencés, afin de limiter leur température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et...). Bien que peu puissant, il est apprécié dans la mesure où il ne fait appel à aucune pièce mobile, et n'est donc source d'aucune nuisance sonore. Mais un problème persiste : celui de la condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué (gaz) à un état condensé (solide ou liquide). On...). En effet, de par sa nature même, l'effet Peltier crée un différentiel (Un différentiel est un système mécanique qui a pour fonction de distribuer une vitesse de rotation de façon adaptative aux besoins d'un ensemble mécanique.) de température important entre deux plaques de métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons...), et une condensation se produit alors sur la partie la plus froide.
  • Réfrigérateurs alimentaires de petite taille (par exemple de voiture) ;
  • Refroidissement des solutions dans les laboratoires d'analyses biologiques et médicales ; Procédé utilisé dans le système de refroidissement des thermocycleurs.
  • Containers utilisés pour le transport d’organes à transplanter ;
  • Applications dans lesquelles les vibrations constituent une gêne considérable, comme par exemple les systèmes de guidage laser ;
  • Applications pour lesquelles le bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) électronique est gênant, par exemple pour l'analyse dispersive en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.);
  • Système de refroidissement des caméras d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne...);
  • Système de refroidissement d'autodirecteurs infra-rouge de missiles air-air, par exemple sur le AIM-9 Sidewinder ou le MICA IR.

Divers

On peut noter que le phénomène inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y...) existe : une différence de température entre les deux jonctions W et X peut induire une différence de potentiel électrique (Le potentiel électrique est l'une des grandeurs définissant l'état électrique d'un point de l'espace. Son unité est le volt.), c'est l'Effet Seebeck. Lord Kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont des noms communs et s'écrivent en minuscule (« kelvin » et non « Kelvin »).) a montré que les effets Peltier et Seebeck sont liés, et que le coefficient Peltier est lié au coefficient Seebeck S par la relation :

\Pi_{ab}=S_{ab}T\,

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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