Hoofdstuk 5 Temperatuur en warmteflux meetmethoden 5.1 Inleiding

48 Hoofdstuk 5. Temperatuur en warmteflux meetmethodenIn dit hoofdstuk zullen alleen de puntmeetmethoden behandeld worden. De veldmeetmethodenzijn alle optische methoden die dan ook in deel II van dit college aan bod komen.5.2 Thermo-elektriciteitDe werking van thermokoppels berust op een thermo-elektrisch effect. Daarom worden in dezeparagraaf eerst een aantal thermo-elektrische effecten behandeld zoals het Seebeck-effect, hetPeltier-effect en het Thomson-effect. In de thermo-elektriciteit wordt de relatie beschreven tussenladingstromen (elektrische energie) en warmtestromen (thermische energie). Beide energiestromenkunnen voor metalen gemodelleerd worden met elektronentransport. De algemenevergelijkingen die gelden voor metalen in een thermische omgeving zijn:⃗E = ρ ⃗J − S ⃗G⃗Q = ⃗J + k c⃗G(5.1)met ⃗E het elektrische veld, ⃗J de elektrische stroomdichtheid, ⃗G = − ⃗∇T de temperatuurgradiënten ⃗Q de warmtestroomdichtheid. De coëfficiënt ρ is de elektrische weerstand, S de Seebeckcoëfficiënt(wordt vaak thermopower genoemd), de Peltier-coëfficiënt en k c = k − σ Sde gemodificeerde warmtegeleidingscoëfficiënt met k de klassieke warmtegeleidingscoëfficiënta.g.v. thermische diffusie en σ de elektrische geleidingscoëfficiënt a.g.v. elektrische diffusie. Devolgende drie situaties zijn nu te onderscheiden.5.2.1 Seebeck-effectIn 1821 ontdekte T. J. Seebeck dat er een elektromotorische kracht (e.m.k.: spanning tussen depolen van een open loop) bestaat over een verbinding van twee verschillende materialen. Webeschouwen nu een open loop zoals weergegeven in Fig. 5.1. De loop bestaat uit twee dradenvan verschillende materialen (A en B) die met elkaar verbonden zijn op de temperaturen T L enT H .Er geldt dus:⃗J = 0 ⇒ ⃗E = −S ⃗G (5.2)PSfrag replacementsBT LT HAVxAFIGUUR 5.1: Illustratie van het Seebeck effect.