Effet Seebeck : pourquoi différents métaux ?

[xfabou]

Bonjour, je suis élèves en prépa (PSI) et pour mon TIPE, j'ai réalisé un chargeur de téléphone exploitant l'effet Seebeck. Tout fonctionne à merveille (si on ne prend pas en compte le fait que les rendement ne sont VRAIMENT pas terribles, mais ça , je m'y attendais) mais une question me turlupine : pourquoi la jonction de deux métaux est-elle nécessaire ? En effet, si j'ai bien compris le principe de ce phénomène, les électrons du coté chaud auront tendance à se déplacer vers le coté froid créant ainsi un courant électrique ; je ne vois donc pas la nécessité d'une jonction avec un autre métal.

J'ai ensuite voulu constater par moi-même que ma théorie ne fonctionnait pas en utilisant du papier alu , un voltmètre et un briquet pour chauffer une des extrémités. J'ai alors réalisé que j'avais deux problèmes : le premier étant que mon voltmètre n'est sans doute pas assez précis (précision au milllivolt) pour tirer des réelles conclusions de cette expérience (en la réalisant, j'avais une tension nulle). Mon autre problème est qu'en mesurant ma différence de potentiel avec mon voltmètre, je créé moi-même des jonctions entre le papier alu et la branche du voltmètre (qui n'est sans doute pas de l'aluminium).

Ai-je mal compris le principe du phénomène ? Le phénomène n'est-il simplement pas mesurable sans jonction avec un autre métal ?

Merci d'avance !
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[albanxiii]

Merci de lire http://forums.futura-sciences.com/tp...-tpe-tipe.html
Déplacé en physique.

[LPFR]

Bonjour.
Votre explication de l’effet thermoélectrique est carrément fausse.
Il est possible que si vous chauffez un endroit d’un conducteur, la densité d’électrons libres devienne différente de celle aux endroits voisins. Mais une fois les différences de densités équilibrées par les forces de diffusion le courant s’arrêtera.

Si vous chauffez un endroit d’un fil de cuivre, pourquoi voudriez-vous que le courant circule vers la droite plutôt que vers la gauche ?

Il faut casser la symétrie. Il faut utiliser deux conducteurs dont la variation de concentration d’électrons (ou des porteurs en général) dépende de la température de façon différente.
Au revoir.

[xfabou]

Tout d'abord, merci pour votre réponse !

"Il est possible que si vous chauffez un endroit d’un conducteur, la densité d’électrons libres devienne différente de celle aux endroits voisins." : cette différence de densité d'électrons libres ne devrait elle donc pas induire une différence de potentiels ? (donc visible avec un voltmètre). (Je me suis sans doute mal exprimé en parlant de courant électrique, il aurait sans douté été plus avisé de parler en terme de différence de potentiels !)

Je pensais a l'origine que l'agitation thermique allait engendrer le déplacement des électrons libres (ces derniers "voyageant" alors plus vite que ceux situés dans la zone froide ) vers la zone plus froide ( bien qu'après , les force de diffusion vont contrer cette effet) : cette hypothèse est donc erronée ?

A l'origine, j'avais fait un micro générateur thermoélectrique afin de comprendre son fonctionnement de base avec du fil de fer et de l'aluminium et en chauffant une jonction sur 2 deux. Je m'expliquait la différence de potentiel induite (le circuit n'était pas fermé, juste 5-6 enchainements de couple fer/aluminium en série avec un voltmètre) en supposant que sur chaque métal, le coté chaud étant doté d'une concentration d'électrons libres plus faible que le coté froid devenait le coté positif, le coté froid le coté négatif, mais il est vrai que si mon hypothèse initiale se montrait vraie, un seul métal fonctionnerait également ...

Lorsque vous parlez de symétrie, de quelle symétrie parlez-vous ? De celle montrant les électrons fuyant le point chaud ? (dans le cas d'un fil chauffé au milieu de sa longueur, autant d'électrons partent à droite qu'à gauche du point de chauffe)

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Re.
Vous venez de poser un problème qui n’est pas immédiat à comprendre : c’est celui du champ (et du potentiel) “vu“ par les électrons à l’intérieur d’un métal et qui est invisible de l’extérieur.
Le cas le plus exemplaire est celui d’un jonction NP dans un semi-conducteur. Vous avez une densité d’électrons dans la zone N qui est des millions ou milliards de fois plus grande que celle de la zone P. Les forces de diffusion poussent ces électrons vers la zone P et seul le champ électrique énorme dans la frontière empêche els électrons de continuer à passer. La différence de potentiel est (pour le silicium) de l’ordre de 1,1 V
Mais si vous prenez un voltmètre et mesurez entre les deux contacts de la jonction, il vous indiquera zéro.
La raison est qu’entre les électrons de chaque pointe de touche du voltmètre se crée aussi une différence de potentiel due à la différence de concentration d’électrons et ces différences s’annulent quand vous faite le tour du circuit.
Le mot clé de cette histoire est le « niveau de Fermi ». Mais c’est un peu plus long à expliquer.

Alors, effectivement, si la densité électronique dépend de la température, il y aura une différence de potentiel “interne“ pour compenser les forces de diffusion, mais elle ne sera pas visible de l’extérieur.

Et oui. Votre hypothèse sur la vitesse des électrons est erronée.

Et un fil de cuivre n’a pas de préférences pour une de se extrémités : il est symétrique. J’ai peut-être oublié de préciser que je parlais de chauffer le fil dans son milieu et non sur une extrémité.
A+

[xfabou]

Encore une fois, merci pour votre réponse rapide !

Dans le cas des semi-conducteurs N et P (qui est le cas de mes modules Peltier achetés), je me suis inspiré des cellules photovoltaïques pour essayer de comprendre la chose (dans lesquelles on retrouve cette notion de champ électrique empêchant le passage des électrons). Il ne me restera donc plus qu'a déterminer l'équivalent des rayons solaires (qui permettent de "réapprovisionner" le coté N en électrons) lors de l'effet Seebeck dans les modules Peltier ( par intuition, j'aurais tendance à expliquer ça avec le flux thermique traversant le module, et qui emmènerait avec lui des électrons libres)

J'avais bien lu quelques articles sur le niveau de Fermi, malheureusement l'explication semblait plutôt longue (comme vous l'avez dit) est compliquée...

Quoi qu'il en soit, vous m'avez dors et déjà éviter de faire de grossières erreurs ( à force d'essayer de se renseigner un peu partout sur internet, on trouve de mauvaise informations...), merci beaucoup !

[LPFR]

Re.
Si cela vous intéresse, vous pouvez regarder ce fascicule :
http://forums.futura-sciences.com/at...ducteurs-a.pdf
Les explications sont extrêmement simplifiées. Vous pouvez sauter les formules, mais pas le « baratin » ni les dessins. De plus il faut le lire dans l’ordre.

Les semi-conducteurs sont bien adaptées pour faire des thermo-machins. Car la concentration d’électrons (et des trous) est très sensible à la température.
A+

[xfabou]

Je vais de suite me lancer dans la lecture de ce document ! Encore merci pour toutes vos explications , elles m'auront permis de gagner un temps précieux et de comprendre tout un tas de choses !

A+