Seebeck-Effekt

Der von T.J. Seebeck entdeckte Effekt funktioniert wie folgt:

Wird ein elektrischer Leiter an einem Ende erwärmt, so besteht zwischen den beiden Enden ein Temperaturgefälle, d.h. am heißen Ende des Leiters gibt es wegen der Hitze mehr Elektronen mit hoher Energie und sehr wenige Elektronen geringer Energiestufe.
Durch die natürlich angestrebte gleiche Verteilung, diffundieren die energiereichen Elektronen zum kalten Ende des Leiters.
Genauso "wandern" die energiearmen Elektronen zum erhitzten Ende.
Es entsteht also zunächst ein Stromfluss, welcher letztendlich zu einer Ladungstrennung und somit einer Spannung führt.

Die daraus resultierende Spannungshöhe und -richtung ist von dem Temperaturgefälle und dem Leitermaterial abhängig. Dabei ist es egal, ob der Temperaturunterschied auf einem langen oder kurzen Leiterstück stattfindet.

Jedes Material besitzt einen spezifischen Seebeck-Koeffizienten α: Per Defintion ist dieser bei Platin 0 µV/K bei 273K (= 0°C) und bei z.B. Kupfer 6,5 µV/K. Mithilfe dieser Koeffizienten kann man über eine Integralrechung (nicht Thema dieses Kurses) die Spannung des jeweiligen Leiters bestimmen.

Dies kann dann in einem Graphen aufgezeichnet werden und man kann ablesen bei welcher Temperatur, welche Spannung anliegt. Voraussetzung ist natürlich die Kenntnis der verwendeten Materialien. Die gemessene Spannung ist hier nicht die Spannung, die in den verschiedenen Leiterstücken durch die Ladungstrennung gemessen wird, sondern die Differenz zwischen beiden.

Das Thermoelement ist genauso aufgebaut wie in der oben gezeigten Grafik. Zwei verschiedene Leiter werden an einem Ende zusammen geführt und am anderen Ende wird die durch den Seebeck-Effekt entstehende Spannung gemessen. Diese Spannung wird bei einer Temperaturmessung über verschiedene elektronische Bauteile z.B. zu einer SPS geführt. Dort kann das Signal verarbeitet werden und als Ausgang z.B. die gemessene Temepratur anzeigen.