Thermoelektrische Kühlung

Abbildung 5: Thermoelektrische Kühlung einer Probe der Temperatur $T_1$. Der elektrische Strom der Stärke $I$ wird durch eine elektrische Batterie aufrecht erhalten.

Der Peltier-Effekt kann zur Kühlung praktisch verwendet werden. Die zu kühlende Probe (Temperatur $T_1$) und das große Wärmereservoir (Temperatur $T_0$) werden durch einen aus zwei Leitern $A$ und $B$ gebildeten Stromkreis verbunden (Abb. 5). Die Peltier-Wärme an der einen Lötstelle wird der zu kühlenden Probe entnommen, an der anderen vom Wärmereservoir aufgenommen. Die leitenden Drähte haben die Peltier-Koeffizienten $\Pi_A$ und $\Pi_B$. Einfachheitshalber nehmen wir an, daß ihre Länge und ihr Querschnitt ebenso wie ihre spezifische elektrische $(\sigma)$ und Wärmeleitfähigkeit $\lambda$ gleich ist. Die sich zwischen Probe und Wärmereservoir einstellende Temperaturdifferenz hängt außer von den Materialkonstanten und Abmessungen der Drähte auch vom Strom ab. Bei optimaler Wahl der Stromstärke erhält man die maximal erreichbare Temperaturdifferenz

$$\left( T_0-T_1 \right)_{\max} = \frac{1}{8} {\left( \Pi_A-\Pi_B \right)}^2 \sigma/\lambda .$$ (4)

Der Kühleffekt ist demnach dann am stärksten, wenn bei gegebener Differenz der Peltier-Koeffizienten die spezifische elektrische Leitfähigkeit $\sigma$ möglichst groß und die Wärmeleitfähigkeit $\lambda$ möglichst klein ist -- zwei gegensätzliche Anforderungen.

Abbildung 6: Erläuterung der Austrittsarbeit $W$ von Metallen.