Messgeräte für die Thermoelektrik

Thermoelektrizität beschreibt ganz allgemein den wechselseitigen Einfluss von Temperatur und Elektrizität in einem Material und basiert auf drei grundlegenden Effekten: dem Seebeck-Effekt, dem Peltier-Effekt und dem Thomson-Effekt. Der Seebeck Effekt wurde im Jahre 1821 von Thomas J. Seebeck, einem deutschem Physiker, entdeckt und beschreibt das Auftreten eines elektrischen Feldes beim Anlegen eines Temperaturgradienten in einem elektrisch isolierten Leiter. Der Seebeck-Koeffizient S ist definiert als Quotient aus negativer Thermospannung und Temperaturdifferenz und is eine rein materialspezifische Größe, die meist in der Einheit µV/K angegeben wird.

Angesichts der immer stärkeren Verknappung fossiler Brennstoffe und der jüngsten Erkenntnisse zur globalen Erwärmung durch den steigenden Kohlendioxidausstoß, rückte das Gebiet der Thermoelektrizität wegen seiner effektiven Nutzung von Abwärme wieder verstärkt in den Fokus des öffentlichen Interesses. Ziel ist es, die Abwärme von Wärme-Kraftmaschinen, wie beispielsweise Automobilen oder konventionellen Kraftwerken durch thermoelektrische Generatoren (TEG) zu nutzen, um deren Effizienz zu steigern. Aber auch für Kühlungsanwendungen mittels des Peltier Effekts, wie beispielsweise  die thermostatisierung temperaturkritischer Bauelemente in Lasern, sind effiziente thermoelektrische Materialien von großem Interesse.

In umgekehrten Fall bewirkt dieser Effekt, dann Peltier Effekt genannt, die Außprägung eines Temperaturgradient beim anlegen eines äußeren Stromes an den Leiter. Dieses Phänomen ist auf die unterschiedlichen Energieniveaus der Leitungsbänder der beteiligten Materialien zurückzuführen. So müssen die Ladungsträger beim Übergang von einem Material auf das andere entweder Energie in Form von Wärme aufnehmen, wodurch sich die Kontaktstelle abkühlt, oder können aber Energie in Form von Wärme abgeben, wodurch sich die Kontaktstelle erwärmt.

Die thermoelektrische Umwandlungseffizienz eines Materials wird üblicherweise anhand der dimmensionslosen Gütezahl ZT verglichen. Diese berechnet sich aus der Wärmeleitfähigkeit, dem Seebeck-Koeffizienten und der elektrischen Leitfhähigkeit.

Um dieser Entwicklung gerecht zu werden, haben wir ein Instrument zur einfachen und äußerst Präzisen Materialcharakterisierung entwickelt. Das Linseis LSR-3 kann sowohl den Seebeck Koeffizienten als auch den elektrischen Widerstand einer Probe in einem Temperaturbereich von -100° C bis 1500°C in einer einzigen Messung bestimmen.