e.m. se poate obtine cu antimoniu (stibiu,Sb) si bismut (Bi) ca termocuplu metalic. Curentul electric circula de la Sb la Bi prin jonctiunea rece. Tensiuni mult mai mari se pot obtine folosind materiale semiconductoare pentru realizarea termocuplului. Metalele se pot ordona intr-o serie : Bi, Pt, Pb, Cu, Ag, Fe, Sb, astfel incat in oricare cuplu realizat curentul va circula in jonctiunea calda de la metalul aflat mai la stanga in serie catre cel aflat mai la dreapta.
In 1834 Peltier a descoperit ca trecand curent electric prin jonctiunea realizata cu doua metale diferite in functie de sensul curentului se absoarbe sau se cedeaza caldura P·q proportionala cu cantitatea de electricitate q ce traverseaza jonctiunea, acesta fiind efectul Peltier.
Coeficientul Peltier P al jonctiunii e definit ca energie termica cedata sau absorbita reversibil la jonctiunea dintre cele doua metale cand aceasta e traversata de cantitatea de electricitate unitate([P]SI = J/C = V).
Explicatie microscopica.Punand impreuna cele doua metale se egaleaza nivelele lor Fermi prin transfer de sarcini electrice. Fiindca energiile cinetice corespunzatoare electronilor aflati in jurul nivelului Fermi (se masoara de la fundul benzii de conductie la nivelul Fermi) difera in cele doua metale atunci cand un electron cu energie cinetica mare traverseaza jonctiunea catre metalul cu energie cinetica mai mica surplusul sau de energie il cedeaza sub forma de energie termica retelei cristaline a metalului. Daca inversam sensul curentului electric electronul cu energie cinetica mai mica traversand jonctiunea in metalul cu energie cinetica mai mare corespunzatoare nivelului Fermi va absorbi energie termica din reteaua cristalina a acestui metal ca sa isi completeze deficitul de energie cinetica.
In 1851 Thomson (lordul Kelvin) descopera ca intr-un conductor omogen ale carui capete se afla la temperaturi diferite se produce sau se absoarbe in mod reversibil caldura "h× q" proportionala cu cantitatea de electricitate deplasata "q", efectul Thomson [2].
Coeficientul Thomson "h" al unui material reprezinta cantitatea de caldura absorbita sau generata reversibil cand sarcina electrica unitate traverseaza doua puncte din material a caror temperatura difera cu un grad Celsius sau Kelvin ([h]SI = J/(C× K) = V/K, util m V/ oC).
Trebuie precizat clar ca efectul Thomson este altceva decat efectul Joule. In efectul Joule materialul se incalzeste sub actiunea curentului electric, se genereaza caldura in mod ireversibil, indiferent de sensul curentului electric si proportional cu patratul intensitatii lui, iar in efectul Thomson se poate genera sau absorbi caldura in mod reversibil, depinzand de sensul curentului electric si proportional cu intensitatea lui.
Explicatie microscopica. Daca curentul electric circula de la capatul cald al materialului catre cel rece, iar purtatorii mobili de sarcina electrica sunt golurile, sarcini pozitive, atunci golurile "calde" deplasandu-se spre capatul rece transporta o anumita cantitate de caldura suplimentara. Schimband sensul curentului golurile "reci" in deplasarea lor spre capatul cald vor absorbi o anumita cantitate de caldura suplimentara. Daca purtatorii mobili de sarcina electrica sunt electronii, sarcini negative, atunci in primul caz se absoarbe caldura,sensul deplasarii electronilor fiind de la capatul rece spre cel cald, iar in cazul al doilea se genereaza caldura.
Acest model microscopic ne permite sa evaluam coeficientul Thomson. Capacitatea calorica a electronilor de conductie din untatea de volum este:
cv = (p2/2)·(T/TF)·n·kB ,
unde:
N - este numarul electronilor din unitatea de volum,
TF - temperatura Fermi corespunzatoare energiei cinetice a electronilor aflati langa nivelul Fermi,
kB - constanta Boltzmann si
T - temperatura metalului.
Capacitatea calorica a unitatii de sarcina electrca va fi:
h = cv/(n·e) = (p2/2)·(T/TF)·kB/e (1)
adica coeficientul Thomson.
