Peltier efekt

Peltier efekt - proces doprovázen výskytem rozdílu teplot na dvou různých materiálů průchodem elektrického proudu skrze ně. Poprvé vysvětlit akademik a vynálezce Lenz.

díky

Nemůžeme ignorovat vděčnost Akademie věd SSSR a akademik AF Joffe za skvělou práci na vývoji thermoelectricity v SSSR a přinášet výsledky výzkumu veřejnosti.

Použitelnost

Peltierův efekt se používá pro chlazení, vytápění lze vodítkem přes Joule-Lenz. Proto, tento jev je užitečné:

1. Chcete-li vytvořit nízkého napětí DC a ledničky. S možností ohřevu síly při změně polarity. Na západě, konstruovány tak, silniční sandvichennitsy. Studený udržuje výrobek z kažení, přepólování umožňuje odeslat produktu ke stolu horké.
2. Chladiče procesorů významně přispět k celkovému hlučnosti systémové jednotky. Pokud si je nahradit Peltier elementy, někdy i naprostý nedostatek ventilátoru. On šustí ne tolik tělo je zbaveno výkonným chladičem a upevnění spolehlivé (na rozdíl od desky materiálu).

Vývoj teorie chlazení

Peltier efekt nepřitahuje pozornost vědců, zdálo zbytečné. Byl otevřen v roce 1834, sedá prach na akademických knihovnách více než sto let před regálech, spíše než ocel být první významné technické řešení v této oblasti. Například Altenkirch (1911) uvedl, nemožnosti použití chladicích systémů Peltierova, v byl výpočet založen na využití čistých kovů, slitin a polovodiče místo.

Klam závěrů německého vědce později potvrdil, co velká role pro laboratoře Akademie věd polovodičů. Do roku 1950, je založena koherentní teorii, což umožnilo po dobu dalších několika let k vytvoření první elektrotermického lednici. S relativně malá účinnost o 20% snižuje teplotu zařízení na 24 stupňů, což je ve většině případů dost pro domácí účely. O několik let později, je teplotní rozdíl byl již 60 stupňů.

Ve fyzice 50. Peltierův článek byl považován za chladič s Freon namísto elektronového plynu. Je prováděna v souladu s tímto systémem v úvahu. Hlavním parametrem - chladicí účinnost, je poměr množství tepla za jednotku času v přívodu k výkonu, který je vynaložené na. Moderní freon kondicionéry a chladničky číslo je větší než jedna. V 50-tých let Peltierova článku sotva 20%.

Účinek z hlediska termodynamiky

Peltierův efekt je popsán tím, že ukazuje, kolik energie je převedena na určité hodnotě elektrického proudu. Vyjádřením v časových jednotkách, jsou napájení, která je stanovena na základě potřeb chladničky. Dnes populární bezhlučný prvky Peltier chladiče pro procesory. Malé krystaly deska ochlazuje a ochlazuje chladič chladiče. Peltier element slouží jako tepelné čerpadlo, tepla z vypouštěného zaručena CPU, zabraňuje přehřátí.

V obecném vzorci na obrázku jsou označeny alfa koeficienty termo emf poloviny (prvků) prvku. T - pracovní teplota ve stupních Kelvina. Každý prvek je obvykle přítomen boční Thomson účinek v případě, že proud procházející vodičem, a podél linka má gradient (směrová rozdíl) teploty bude kromě Joule, stojan a další tepla. Ta je pojmenována po Thomson. V některých částech energetickém řetězci bude absorbována. Proto Thomson efekt má silný vliv na provoz ohřívače a chladničky. Ale to je, jak již bylo zmíněno, bok, nezapočitatelný faktor.

Teplo přenesené Thomson efektem, teplotní rozdíl je přímo úměrný konců vodičů a závisí na proudícím proudu. Tento jev se vyskytuje pouze u látek s výrazným závislost koeficientu tepelné emf na teplotě. V některých výpočtů Thomson efekt je považován za nulové, to je daleko od pravdy. Termodynamická teorie procesu návratu a výběru tepla je uvažován z hlediska dvou tepelných toků:

• Tepelný tok je chladicí vzájemné křižovatka, následovaný dvěma rovnoběžnými dosažení procesy:

1. Parazitní tepla Joule-Lenz. V termodynamice, je stanoven jako polovina součinu druhé mocniny proudu na odporu. Druhá polovina spadá do horké křižovatce.
2. Zahřívání tepelný tok přicházející z teplé části. Se rovná rozdílu teplot, násobením celkové tepelné vodivosti termočlánku větví.

• V horkém křižovatky jsou reverzní procesy v druhém kroku (teplem se provádí ve vzdálenosti do ochlazené částečně) a podobné, aby se první - Joule se teplo uvolňuje.

Ze znění vyplývá, že efektivní řešení s cílem maximalizovat účinnost izolace se bude pohybovat mezi křižovatkami. Dvojice použity polovodiče, schopné vytvořit tepelnou elektromotorickou sílu, elektrický proud musí překonat její odpor. Vynaložená energie je přímo úměrné rozdílu teploty a rozdílu v tepelných EMF látek koeficientů a je závislá na protékající proud. Jsou grafy křivek, a rozlišování je cílem nalézt extrémy může obdržet podmínky maximálního teplotního rozdílu (mezi pokoji a chladničce).

Čísla ukazují výsledky brát derivát operacích, u kterých vypočtenou optimální proudy na odporu R a zvýšení mezní termočlánek chladicí účinek. Z těchto vzorců vyplývá, že ideální stroj se stane, když:

• Vodivost stejného termočlánku materiálu.
• Tepelná vodivost stejného termočlánku materiálu.
• Koeficienty tepelné elektromotorické síly rovné, ale s opačným znaménkem.
• Průřezy a délky pobočky téže termočlánku.

Si uvědomit, tyto podmínky v praxi obtížné. V tomto případě je limitujícím faktorem je poměr teploty chladiva studeného konce na rozdíl teplot. Připomeňme, je to perfektní popis stroje, ve skutečnosti dosud nedosažitelné.

Jak optimalizovat chladiče Peltier

Údaje jsou grafy proměnné, které ovlivňují účinnost prvků Peltierových. Za prvé, je zřejmé, - součinitel termo-emf blíží nule s rostoucí koncentrací nosič. Připomíná, že kovy nejsou považovány za nejlepší materiál pro výrobu termočlánku. Tepelná vodivost, naopak zvyšuje. V termodynamice, předpokládá se, že je složen ze dvou částí:

1. krystalová mřížka tepelná vodivost.
2. Elektronická tepelná vodivost. Uvedené komponenty z pochopitelných důvodů není závislá na koncentraci volných nosičů náboje, a způsobí, že růstovou křivku obsaženy v grafu. Tepelná vodivost krystalové mřížky zůstává prakticky konstantní.

Výzkumní pracovníci se zajímají o produktu náměstí koeficientu tepelné EMF na elektrickou vodivost. Uvedená hodnota je umístěn v čitateli výrazu na koeficient výkonnosti. Podle extrém pozorovanou v koncentraci volných nosičů v oblasti 10 až 19 jednotek stupňů na krychlový centimetr. Jedná se o tři řády menší než u čistých kovů, ze které bezprostředně navazuje na závěr, že ideální materiál pro polovodiče se Peltierovy články.

Podíl druhé složky mají relativně nízko na ose x, a ponechána, aby se materiál v tomto intervalu. Elektrická vodivost izolantů je příliš malý, což vysvětluje nemožnost jejich použití v tomto kontextu. To vše vám umožní prokázat důvod, proč jsou závěry nebere vážně Altenkirchen.

Kvantová teorie aplikována na Peltierova článku

Termodynamika neumožňuje přesný výpočet, ale kvalitativně popisuje materiál proces výběru pro prvky Peltierových. K nápravě této situace, fyzici vyzýváme kvantové teorie. Pracuje se stejnými hodnotami, vyjádřená koncentrace volných nosičů náboje, chemického potenciálu, je Boltzmannova konstanta. Takové teorie jsou vyrobeny se také nazývá kinetická (nebo mikroskopická), protože je považován za iluzorní a neznámý svět drobné částečky. Mezi příznaky patří:

1. l - střední volná dráha nosičů náboje. Záleží na teplotě. Výsledek je určena exponentem mechanismu R rozptylu elektronů (na atomové mřížky je 0; iontové a teploty pod Debye - 0,5; výše Debye - 1; při rozptylu nečistot iontů - 2).
2. f - Fermiho distribuční funkce (energetické hladiny).
3. x - snížená kinetická energie nosičů náboje.

Integrály funkcí Fermiho jsou uvedeny v tabulce, jejich výpočet není nijak složité. Rovnice mikroskopické teorie rozhodování s ohledem na koeficientem termo-EMF a elektrickou vodivost, což umožňuje vyhledání topný faktor. Tyto složité operace provedené BI Bokem, který bylo zjištěno, že optimální hodnota koeficientu Seebeck je v rozmezí mezi 150 a 400 mV / K, ale závisí na stupni rozptylu mechanismus. Na první pohled je zřejmé, že hodnoty pro kovy nejsou dodržovány. Výsledkem je, že skupina fyziky vedených Joffe ukázaly, že nejlepší materiál pro termočlánky musí splňovat několik podmínek:

1. Maximální poměr mobility koeficientu tepelné vodivosti krystalové mřížky.
2. Koncentrace Nosič podle vzorce uvedeného na obrázku.

VP Zhuze uvádí, které látky vykazují požadovanou pohyblivost. Jejich krystalová struktura je uprostřed mezi atomový a kovu. Zavedení nečistot v materiálu vždy snižuje mobilitu. To vysvětluje skutečnost, že koeficient termo-EMF slitin je vyšší než u čistých materiálů. Ale zvýšení nečistoty r. Ideální materiál není existující v přírodě, termo-EMF koeficient musí udržovat konstantní hodnotu 172 mV / K. Je nutné, aby se koncentrace pohybuje, jak je uvedeno na obrázku (viz. podle nároku. 2).

Polovodiče možnost volby různých materiálů, kde je koncentrace nosiče je závislá na teplotě, a podívejte se na ty, u kterých je rozdíl je prakticky nulová. Díky kombinaci těchto vlastností se může pokusit najít nejbližší ideální materiál.

Konstrukce chladničky

Pro zvýšení efektu Peltierovy elementy se spojí paralelně. Nicméně, jejich síla složit. Za účelem vybudování své vlastní chladničky musí být vědomi výpočtu tepelných ztrát přes rovinné konstrukce. Vytvořené speciální kalkulačky, mnohé z nich jsou k dispozici on-line.

Se zabývá navrhováním náhodný nevýhodné z pochopitelných důvodů. A dobrá zpráva je, že prvky Peltier jsou výrazně levnější v posledních letech. Ali-expresní nákup výrobků z Číny 60 W po dobu 300 rublů. Není těžké vidět, že v 3000, může být sestaven lednici. A co by to udržovat teplotu závisí na návrhu vyžadující výpočet.