¿Por qué un generador termoeléctrico necesita elementos p y n?

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Sin embargo, si usa un cable para devolver la corriente, su eficiencia disminuirá. La eficiencia de un generador termométrico aumenta con:

• la diferencia en el coeficiente de Seebeck entre sus dos tipos de elementos (tenga en cuenta que incluso podría usar dos tipos N o dos tipos P siempre que su magnitud sea diferente)
• la resistencia térmica, o valor de aislamiento entre el lado caliente y el lado frío.
• la conductividad eléctrica del circuito
• la diferencia de temperatura

El uso de metal para uno de los elementos reduciría la diferencia en el coeficiente de Seebeck, así como la resistencia térmica, aunque aumentaría la conductividad eléctrica. En general, generalmente reduce la eficiencia.

Sin embargo, en algunos casos es mucho más fácil fabricar dispositivos con un solo tipo, por ejemplo, imprimiendo sobre sustratos flexibles. En estos casos se utilizan metales por su excelente conductividad eléctrica.

Cuando un material se calienta en un extremo, los átomos en el extremo "caliente" tienen más energía cinética que los átomos en el extremo "frío".

Para un material de tipo n, los electrones libres pueden difundirse desde el lado caliente al lado frío, generando así una diferencia de potencial (voltaje) en el material que es proporcional a la diferencia de temperatura en el dispositivo.

Algo similar sucede con un material de tipo p, sin embargo, los signos de los portadores de carga y, por lo tanto, los voltajes son opuestos.

Los portadores de carga en ambos materiales, en efecto, transportan calor desde el extremo caliente al extremo frío, al tiempo que establecen un voltaje al mismo tiempo.

Si tuviera que conectar un circuito externo a través del material de tipo n, el calor se alejará de la unión caliente por el propio cable, por lo que no fluirá electricidad.

Para crear un generador termoeléctrico, lo que se necesita es conectar tanto el material de tipo n como el de tipo p 'espalda con espalda' con la unión caliente, de modo que sus voltajes se sumen, mientras que los cables al circuito externo son ambos conectados a terminales en la unión fría, lo que permite que la electricidad fluya a través del circuito externo. Siempre que haya un gradiente de temperatura en el dispositivo, habrá un voltaje en los terminales de la unión fría. Por supuesto, si se conecta un circuito externo y fluye una corriente eléctrica, será necesario agregar calor a la unión caliente para mantener el flujo de corriente eléctrica.

En la práctica, puede haber cientos de uniones de este tipo conectadas (eléctricamente en serie, térmicamente en paralelo) para generar una cantidad de electricidad "utilizable".

La corriente fluye solo cuando hay una diferencia en el potencial eléctrico o comúnmente conocida como voltaje . Primero, la segunda parte de su pregunta, sobre el grosor del cable, si el cable es demasiado delgado, de acuerdo con la siguiente relación [(R = ρxl/A), donde R es la resistencia del cable, ρ es la resistividad del cable, l es la longitud del cable y A es el área de la sección transversal del cable.] si el área de la sección transversal se reduce, la resistencia aumenta mucho , lo que dificulta el flujo de corriente.

Ahora la primera parte de su pregunta, ¿Por qué se usan 2 semiconductores diferentes? Para hacer que fluya la corriente, es necesario que haya cierta falta de uniformidad en la distribución de electrones para causar una diferencia de potencial (que es muy esencial para que fluya la corriente), que es proporcionada por dos sustratos de germanio o silicio dopados de manera diferente, donde n- el tipo tiene un potencial relativamente más alto y el tipo p tiene un potencial relativamente más bajo. Después de que estos 2 semiconductores se ponen en contacto, los electrones comienzan a fluir intrínsecamente y, después de unos microsegundos, se forma una barrera potencial que evita un mayor flujo de electrones. Para cruzar esta barrera potencial, necesitamos un voltaje de polarización que depende del semiconductor que se use y del componente que se fabrique (p. ej., para los diodos de silicio es de casi 0,7 voltios y para los diodos de germanio es de 0,3 voltios, mientras que en cuanto a los transistores es aún más bajo). EsteEl voltaje de polarización se puede lograr de muchas maneras, usando un campo eléctrico, usando fotones en energía fotovoltaica o usando calor como energía para los electrones en la región n para permitirles moverse en un circuito externo y luego cruzar la barrera potencial. . Que es en realidad el flujo de corriente.

Si usara solo el tipo n o el tipo p, la corriente seguirá fluyendo, pero el tipo n es lo que realmente contiene los electrones excedentes, lo que ayuda en la conducción y, de manera similar, el tipo p ayuda a que los electrones fluyan más rápido, lo que aumenta la tasa de flujo de carga o simplemente aumenta la corriente.

Aquí la corriente a la que me refiero como corriente reconocible por encima de 20 mA, de lo contrario, los electrones son lo suficientemente móviles a temperatura ambiente en cualquiera de los semiconductores, ya sea que estén dopados o no, para moverse en un circuito externo para que ocurra la corriente, pero eso sería muy, muy pequeño, y eso es Actualmente no sirve en mi opinión.