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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 (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les...) Jean-Charles Peltier.

Définition

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

Deux matériaux 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...), un courant électrique 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...) 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...) 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...) Y→W→X→Z entraîne une libération de chaleur en X et une absorption en W, alors Πab est positif.

Théorie

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...) 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...) 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...) (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...) du matériau. 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 (Une centrale thermique est une centrale électrique qui produit de l'électricité à partir d'une source de chaleur. Cette source peut être un combustible brûlé...) et un chauffage :

  • la 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...) est une machine servant à transformer la chaleur en électricité ;
  • l'électricité 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. 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...). En effet, de par sa nature même, l'effet Peltier crée un différentiel de température important entre deux plaques de métal, 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...) électronique est gênant, par exemple pour l'analyse dispersive en énergie;
  • 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 doit pas être confondue avec la mécanique...);
  • 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 tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...) existe : une différence de température entre les deux jonctions W et X peut induire une différence de potentiel électrique, 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...) 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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