Термодинамика термопары достаточно проста:

электрическая мощность равна

P_e=a * (T₁-T₂ )* I, где а- коэффициент Зеебека,

T₁-T₂ разность температур и I — сила тока.

В результате протекания тока через контакт происходит выделение или поглощение теплоты Пельтье.

Мощность выделения теплоты Пельтье равна

P_h=a * T * I,

где Т- абсолютная температура.

Причем при работе термопары в режиме генератора на горячем спае происходит поглощение, а на холодном- выделение теплоты Пельтье. Таким образом, К.П.Д. идеальной термопары, в которой нет теплопередачи от горячего контакта к холодному, был бы равен отношению полезной мощности к тепловой мощности:

η=P_e/P_h=(T₁-T₂ )/T₁

Как мы видим, коэффициент полезного действия идеальной термопары не зависит от коэффициентов Зеебека и равен К.П.Д. цикла Карно.

Концепция термопары переменного тока.

В реальных термопарах теплопередача от горячего контакта к холодному присутствует. Проблема в том, что хорошие проводники электричества являются и хорошими проводниками теплоты. А хорошие теплоизоляторы являются также хорошими диэлектриками. Постоянный ток через них не пройдет.

Совсем другое дело- переменный ток. Два проводника, разделенных диэлектриком, являются конденсатором. Конденсатор для переменного тока не преграда.

Термопара переменного тока , в которой горячий и холодный контакт разделены друг от друга термоизолирующим диэлектриком (или вакуумом), по своим качествам была бы ближе к идеальной термопаре, а её коэффициент полезного действия был бы ближе к К.П.Д. цикла Карно.

Возникает вопрос- как заставить термопару изменить знак Э.Д.С. не меняя местами горячий и холодный спай? Тут нам поможет продольный эффект Нернста- Эттингсгаузена. В магнитном поле коэффициенты Зеебека для металла или полупроводника меняются.

Принципиальная схема термопары переменного тока изображена на рис. 1.

Рис.1 Термопара переменного с внешним источником магнитного поля.

 Таким образом, весь термоэлемент состоит из одного и того же материала. Магнитное поле поочередно включается то в области конденсатора 1, то в области конденсатора 2, в результате чего термоЭ.Д.С. будет менять знак.

Можно попытаться использовать собственное поле тока для изменения коэффициентов Зеебека. Схема термопары переменного тока с внутренним источником магнитного поля представлена на рисунке 2.

Рис. 2 Термопара переменного тока с внутренним источником магнитного поля.

В зависимости от направления тока магнитное поле генерируется в районе конденсатора 1 или конденсатора 2. Разумеется, Э.Д.С одиночной термопары мал, чтобы обеспечить правильную работу диодов, поэтому устройство состоит из множества термопар, соединенных последовательно, двух диодов и двух катушек.

Согласно литературным данным [1] в CdxHgbxTe в поле напряженностью 1 Тл термоЭДС меняется на 400 мкВ/К.

Выводы:
1.Коэффициент полезного действия термопар низок из-за их высокой тепловодности
2. В термопарах постоянного тока этот недостаток является принципиально неустранимым, т.к. хорошие проводники электричества являются также хорошими проводниками тепла
3. Цепи переменного тока, состоящие из проводников и конденсаторов, лишены подобного недостатка, т.к. диэлектрик или вакуум конденсатора будет теплоизолятором.
4. Разработана концепция термопары переменного тока на основе продольного эффекта Нернста-Эттингсгаузена.