FORMAÇÃO
revista técnico-profissional
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o electricista
Jorge Castilho Cabrita, Engenheiro Electrotécnico (IST)/ Professor do Ensino Secundário
lições
LIÇÕES DE ELECTRICIDADE
{CAPITULO II · corrente contínua Jorge Castilho Cabrita, Engenheiro Electrotécnico (IST)/ Professor do Ensino Secundário
DÉCIMA PARTE
Termoelectricidade - 5ª parte : Ioffe - semicondutores. Circuitos termoeléctricos. Circuitos em série (termopilha) e em paralelo.
Este artigo dá continuação aos anteriores sobre o efeito termoeléctrico, começando com uma referência às contribuições de Ioffe e continuando com uma nova secção sobre circuitos termoeléctricos.
27› METAIS . SEMICONDUTORES . IOFFE Os metais e as ligas metálicas que têm maiores valores da condutividade eléctrica σ têm também maiores valores da condutividade térmica λ, pelo que o valor da figura de mérito Z se mantém. Valores maiores de Z correspondem, por isso, a maiores valores do coeficiente de Seebeck S. Ora estes valores são da ordem de 10 μV / K, o que é muito pouco. A eficiência de um gerador termoeléctrico com metais é da ordem de 1 %. Isto significa que a energia eléctrica gerada a partir de uma fonte de calor é apenas 1 % da energia térmica fornecida, o que é muito pouco, tornando este gerador não económico. Desde a década de 1920 que se concluiu que os semicondutores tinham maior relação σ / λ que os metais e que atingiam valores de S de 100 μV / K. Veio a verificar-se que os materiais com maior valor da figura de mérito e, consequentemente, os melhores materiais termoeléctricos, são os semicondutores fortemente dopados1, como o antimónio e o bismuto. Em 1929, Abram Ioffe2 mostrou que era possível construir um gerador termoeléctrico com interesse prático (apesar da baixa eficiência de 4 %), usando semicondutores. Nos anos 50 do século XX, desenvolveu com outros cientistas a teoria da conversão termoeléctrica que é a base da moderna teoria termoeléctrica.
O desenvolvimento da tecnologia dos semicondutores, a partir da invenção do transístor em 1948, confirmou a conclusão de que os semicondutores são muito melhores materiais termoeléctricos que os metais, em particular o telureto de bismuto (Bi2 Te3), que se tornou o principal material termoeléctrico. Verificou-se que apenas era possível obter materiais com elevada figura de mérito para uma gama estreita de temperaturas.
fabrico de refrigeradores (ver ponto 29.5), o telureto de chumbo (Pb Te) é usado para temperaturas próximo de 350 ºC, de 200 ºC a 500 ºC no fabrico de geradores (ver ponto 29.4) e o silício-germânio (SiGe) é usado para temperaturas de 800 ºC a 1000 ºC no fabrico de geradores (ver ponto 29.4).
28› CIRCUITOS TERMOELÉCTRICOS 28.1› LEIS DOS CIRCUITOS TERMOELÉCTRICOS Num circuito termoeléctrico, verificam-se certas leis experimentais, cuja aplicação facilita a sua análise e que a seguir se enunciam.
Figura 66 · Materiais termoeléctricos: semicondutores
1 A dopagem de materiais semicondutores por outros materiais (designados por impurezas) aumenta a condu-
Na figura 66 mostram-se curvas da figura de mérito em função da temperatura para as ligas com semicondutores mais correntes, assim como as gamas de temperatura de funcionamento de cada caso e a temperatura correspondente a Z máximo. Também se indicam as aplicações típicas. As ligas Bi Sb são usadas em baixas temperaturas, em torno de -153 ºC. O telureto de bismuto é usado para temperaturas próximo de 80 ºC, de -100 ºC a 200 ºC no
tividade dos semicondutores. O estudo deste assunto é introdutório na electrónica dos semicondutores e não será tratado nestas "Lições de Electricidade". 2 Abram Fedorovich Ioffe (1880 - 1960) nasceu na Ucrânia em 1880. Em 1902 graduou-se no Instituto Tecnológico de S. Petersburgo, na Rússia e continuou a estudar física em Munique, na Alemanha, onde trabalhou para Roentgen, descobridor dos raios X. Doutorou-se e regressou à Rússia em 1905. Foi responsável pela construção de laboratórios de pesquisa para radioactividade e física nuclear.