Como calcular coeficiente Seebeck termoelectrico ZT
Calcula coeficiente Seebeck S = -V/dT termoelectrico thermocouples generadores RTG NASA. Figure of merit ZT = S^2*sigma*T/kappa Bi2Te3 PbTe SiGe. Thomas Seebeck Estonia-Alemania 1770-1831 1821. CIEMAT + UPC + Universidad Sevilla.
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Como calcular el coeficiente Seebeck (S) propiedad termoelectrica fundamental que mide la tensión termoelectrica generada por unidad de diferencia de temperatura entre dos puntos de un material conductor o semiconductor: S = -V / dT. V tensión termoelectrica V + dT diferencia temperatura K + signo menos convención.
Coeficientes tipicos: cobre Cu S=-1.3 uV/K + Cromelo 22 + Alumel -18 + K-type 41 uV/K; Bi2Te3 S=-220 uV/K @ 300 K p-type; PbTe -180 @ 600 K; SiGe -250 @ 1000 K NASA RTG; oxides Ca3Co4O9 120 + perovskites SrTiO3 -1000.
Figure of merit ZT: ZT = S^2 * sigma * T / kappa + ZT > 1 buen termoelectrico; ZT_Bi2Te3 = 1.0 @ 300 K; ZT_PbTe = 1.5 @ 600 K; ZT_SiGe = 0.7 @ 1000 K; ZT_skutterudite = 1.5 @ 800 K.
Efecto Peltier inverso: Pi = S*T; Efecto Thomson: tau = T*dS/dT; formula Mott: S = -(pi^2*k_B^2*T)/(3*e*E_F).
Numeros relacionados: conductividad sigma; kappa térmica; Wiedemann-Franz; power factor PF = S^2*sigma; eficiencia eta.
Thermocouples standard IEC 60584: K Cromelo-Alumel 41 uV/K; J Iron-Constantan 52; T Cu-Constantan 43; E Cromelo-Constantan 68; R S Pt-PtRh noble; ITS-90 standard.
TEG generators: P = S^2*sigma*(dT)^2/R + waste heat recovery; NASA RTG SiGe + 238Pu + Voyager Cassini Curiosity Perseverance. Historia: Thomas Seebeck (Estonia 1770 - Berlin 1831); 1821 Akademie der Wissenschaften zu Berlin classico Seebeck effect + Hans Oersted 1823 termoelectricita.
Jean Peltier (1785-1845); 1834 Annales de Chimie 56:371 Peltier effect inverso.
Lord Kelvin (1824-1907); 1854 Trans Roy Soc Edin 21:123 Thomson effect + Thomson relations + 1851 absolute temperature Kelvin + Lord Kelvin eponym + Knighted 1866.
Edmund Altenkirch (1880-1953); 1909 Altenkirch ZT criterion.
Abraham Ioffe (1880-1960) Ioffe Institute Leningrad; 1957 textbook 'Semiconductor Thermoelements and Thermoelectric Cooling' Infosearch 184. Legado: Goldsmid 1964 + 2016 Springer 282 + Rowe 1995 CRC 701 + 2006 CRC 1014 + Snyder-Toberer 2008 Nature Materials 7:105 classical + Tritt-Subramanian 2006 + Kanatzidis 2010.
España investigación termoelectricos: CSIC ICMM Madrid 11000; CSIC ICN2 Bellaterra 280; CIEMAT Madrid 1300; BSC Barcelona 1100; INTA Madrid 1500; Tecnalia 1500; BIST Barcelona 200; ICFO 400.
Universidades: UPC Barcelona ETSEIB 30000; UPM 38000; UCM 80000; UAM 30000; UAB 35000; Sevilla 65000; Granada 60000; Valencia 55000; UPV/EHU Bilbao 47000; UPV Valencia 30000.
Industria thermocouples: SERVINDUSTRIA Alava 100 + thermocouples; Promeco Albacete 50; Calortec Spain 50; Indra 56000 + electronics; X-Fab Spain 200 + temperature sensor IC.
Industria TEG + RTG + Peltier: GMV Tres Cantos 3300 + space; Sener 2400; INTA 1500; Crisa 800; Hisdesat 200; Iberdrola 39000 + thermal energy; Acciona Energía 11000.
HVAC Peltier: Daikin España 200; Carrier España 200; Hitecsa 100.
Steel: ArcelorMittal España 5500; Acerinox 8000; Sidenor 5000.
Formula Seebeck
S = -V/dT; ZT = S^2*sigma*T/kappa; Pi = S*T; tau = T*dS/dT.
Valores tipicos: Cu -1.3 uV/K; K-type 41; Bi2Te3 -220 ZT=1; PbTe -180 ZT=1.5; SiGe -250 ZT=0.7.
Historia y contexto
Thomas Seebeck (Estonia 1770 - Berlin 1831); 1821 classico Seebeck effect + Oersted 1823 termoelectricita. Jean Peltier (1785-1845); 1834 Peltier inverso. Lord Kelvin (1824-1907); 1854 Thomson + Lord Kelvin eponym + Knighted 1866. Edmund Altenkirch (1880-1953); 1909 ZT. Abraham Ioffe (1880-1960) Ioffe Institute; 1957 'Semiconductor Thermoelements'. Legado: Goldsmid 2016 + Rowe 1995 + Snyder-Toberer 2008 + Kanatzidis 2010. España investigación: CSIC ICMM 11000; CSIC ICN2 280; CIEMAT 1300; BSC 1100; INTA 1500; Tecnalia 1500; ICFO 400. Universidades: UPC 30000; UPM 38000; UCM 80000; UAM 30000. Thermocouples: SERVINDUSTRIA 100; Indra 56000; X-Fab 200. TEG RTG: GMV 3300; Sener 2400; INTA 1500; Crisa 800. HVAC: Daikin 200; Carrier 200. Steel: ArcelorMittal 5500; Acerinox 8000.
Tabla Seebeck
- S = -V/dT
- ZT = S^2*sigma*T/kappa
- Cu: -1.3 uV/K
- K-type: 41 uV/K
- Bi2Te3: ZT=1
- SiGe RTG: ZT=0.7
5 ejemplos numericos
- Cobre: V=-13 uV + dT=10 + S=1.3 uV/K.
- K-type: V=-410 uV + S=41 uV/K.
- Bi2Te3: V=-2.2 mV + S=220 uV/K + ZT=1.
- PbTe: V=-1.8 mV + ZT=0.97.
- SiGe RTG: V=-2.5 mV + ZT=0.16 raw.
Limitaciones
Linear response + Single band + Constant transport + Thomson + Quantum nano.
Errores comunes
- Signo S = -V/dT.
- Confundir S Pi Thomson.
- ZT vs eficiencia.
- Single material vs couple.
- Cold junction compensation.
Aplicaciones
- Thermocouples: SERVINDUSTRIA + K J T types.
- TEG: GMV waste heat.
- Peltier coolers: Daikin Carrier.
- RTG NASA ESA: GMV Sener INTA Crisa.
- Acerias furnaces: ArcelorMittal Acerinox.
- HVAC modules: refrigeradores portatiles.
- Spin Seebeck: classical.
- EV thermal: Iberdrola Acciona.
- Wearables: polymeros.
- Termometria: ITS-90 standard.
Actualizado a julio de 2026
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