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Seebeck Effect

1821
  • Thomas Johann Seebeck
Thermoelectric generator demonstrating Seebeck effect in solid state physics.

The Seebeck effect is the direct conversion of a temperature difference into an electric voltage. When a temperature gradient is applied across a junction of two dissimilar conductors or semiconductors, a voltage is produced. This voltage is proportional to the temperature difference, with the proportionality constant known as the Seebeck coefficient ([latex]V = S cdot Delta T[/latex]).

The Seebeck effect originates from the movement of charge carriers (electrons and holes) within a conductive material. When one end of a conductor is heated, the charge carriers at that end gain kinetic energy and tend to diffuse towards the colder end. This migration of charge creates a net charge buildup at the cold end and a deficit at the hot end, resulting in an electrostatic potential, or voltage. The magnitude of this voltage depends on the material’s properties, encapsulated in the Seebeck coefficient (S), also known as thermopower.

In metals, electrons are the primary charge carriers. In semiconductors, the effect can be much larger and can be dominated by either electrons (n-type) or holes (p-type). By joining an n-type and a p-type material to form a thermocouple, the effect is amplified. Electrons in the n-type material and holes in the p-type material both move away from the hot junction towards the cold junctions, creating a cumulative voltage. This principle is the foundation for all thermoelectric generators, which convert heat directly into electrical energy without any moving parts, offering reliability and silent operation.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Physique de l'état solide

Type

Physical Effect

Perturbation

Important

Utilisation

Une utilisation répandue

Précurseurs

  • Alessandro Volta’s discovery of the voltaic pile (1800)
  • understanding of electric current
  • development of concepts of heat and temperature
  • Georg Ohm’s work on electrical resistance

Applications

  • thermocouples for temperature measurement
  • thermoelectric generators (tegs) for waste heat recovery
  • radioisotope thermoelectric generators (rtgs) for powering spacecraft
  • power sources for remote locations

Brevets :

NA

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