Peltier Element

Prvek Peltier je elektrické zařízení, které vlivem elektrického proudu vytváří teplotní rozdíl na pracovištích. Principem akce je opačný účinek Seebeck. Je třeba poznamenat, že je přijatelné volat spojovací svorky termočlánku, stejně jako skutečné spojení kovů v citlivém místě senzoru. Neměli byste být zaváděni, konce jsou obvykle připojeny k měřicímu obvodu a nedotýkejte se.

Účinky termoelektrické energie

21. července 1820 je považován za oblouk ve vývoji historie: Oersted se rozhodl zveřejnit své pozorování na vliv drátu nesoucí proud na orientaci magnetické jehly ve vesmíru. Další objevy následují po posloupnosti, máme zájem o vynález prvního galvanometru. Výrobce Schweigger nazval zařízení násobitelem za schopnost vynásobit výsledek působení několika otáček elektrického proudu na magnetickou jehlu. Proto o rok později( 1821) fyzik estonského původu Seebeck objevil termoelektričnost. Je dobře známo, že co se stalo o pět let později Georgemu Ohmovi, aby získal světoznámý zákon.

Literatura říká, že Seebeck používal jako detektor solenoid s mnoha otočkami drátu a magnetickou jehlou. Příběh je tichý, protože bismut-antimonický hrot zasáhl vědce, ale říká, že vědec spojil tandem jako zdroj energie a neustále viděl kompasové oscilace, když vzal termočlánek do svých rukou. Byl to pravděpodobně blízko k objevu jeho nadpřirozených schopností, ale v důsledku toho se dospělo k závěru, že je to vina za ruce. Vynikající výsledky, dosáhl vědec pomocí zdroje světla jako zdroje tepla.

Seebeck nesprávně vyložil výsledek experimentu a vyvolal objev magnetické polarizace: posunutí topného bodu na druhý konec změnil směr vychýlení šipky. V důsledku toho byla postavena špatná teorie. Oni začali tvrdit, že teplota umožňuje přímo získat magnetické vlastnosti a zemské pole je dáno aktivitou sopky. Georg Ohm, již krátce po objevu popsaném, použil termo-emf k odvození známého zákona a v roce 1831 byl podobný zdroj použit v experimentech elektrolýzy.

Hodnota termo-emf je malá.Obvykle desítky mV.Chcete-li určitou hodnotu najít, použijte tabulky. Platina je měřítko pro teploty v klimatickém pásmu Země.Tabulky obsahují hodnotu termoelementu pro termočlánky ze specifikovaného kovu a studovaných materiálů: chromel, hliník, měď, železo. Hodnoty jsou pozitivní a negativní.Například pro antimon je +4,7 mV a pro vizmut - mínus 6,5.Hodnoty se zvyšují a je zřejmé, že když se teplotní rozdíl na koncích páru 100 stupňů EMF vytvoří při 12,2 mV.Georg Omr se snažil vytvořit podobné podmínky tím, že ponoří první konec do ledu a druhý do vroucí vody.

Referenční tabulky někdy obsahují mnoho hodnot. Například pro různé teploty v krocích po 100 stupních. Poté je možné vypočítat hodnoty pro každou, ale také s nulovou náhradou pro kteroukoli ze specifikovaných teplot. Rozdíl mezi větší a menší hodnotou je přijat. Pro jednotlivé termočlánky při určité teplotě se směr tepelné emf mění na opak. Například pro měď a železo bude hraniční bod 540 stupňů Celsia.

Peltier Effect

Peltier Effect se nazývá zrcadlový odraz tepelné elektřiny. V tomto případě proud přenáší teplo z prvního konce termočlánku na druhý.A při změně směru a ohřátá strana se otočí na opačné straně.Účinek byl objeven v roce 1834, protože byl špatně vyložen. O čtyři roky později se "krajan" Lenzovi podařilo zmrazit a odpařit kapku vody pomocí termočlánku. V každém případě proud ukázal svůj vlastní směr.

Efekt je jednoduše vysvětlen v moderní fyzice. Předpokládejme, že existují dva odlišné polovodiče se stejným druhem vodivosti. Elektrony v každém získávají jinou hodnotu energie a úrovně v obou případech jsou blízké.Teď si představte, že elektrický proud začal přenášet poplatky z jednoho média do druhého. Co se stane? Elektrony s vysokou energií, které jsou v prostředí s nízkými hladinami, dodají krystalové mřížce dodatečné množství, které vytvářejí topení.Naopak, pokud energie nestačí, bude přenesena z krystalové mříže, což způsobí ochlazení křižovatky.

Jestliže typ vodivosti polovodičů v termočlánku není stejný, je účinek vysvětlen jiným způsobem. Elektron, který vstupuje do p-materiálu, nahradí místo na úrovni energie( nosič kladného náboje).Výsledkem je ztráta kinetické energie pohybu a rozdíl mezi stávajícím a minulým stavem. Uvolněná částka směřuje k vytvoření volných nosičů na obou stranách pn-křižovatky. Zbytek je hlášen krystalové mřížce, z níž probíhá ohřev. Pokud je energie v počátečním okamžiku menší, začne chlazení spojení.Rekombinantní média doplňují zdroj energie.

Množství uvolněného nebo absorbovaného tepla je úměrné náboji procházejícího vodičem. Koeficient ve vzorci lineární závislosti se jmenuje Peltier. Stejná hodnota je zavedena pro termoelektriku, pojmenovanou podle Seebeck. Ze vzorce vyplývá, že množství uvolněného tepla, na rozdíl od Joule-Lenzova efektu, je úměrné prvnímu stupni elektrického proudu( určení přenášeného náboje).

Thomsonův efekt

Na základě koeficientů Seebeck a Peltier předpovídal lord Kelvin( Thomson) nový efekt v roce 1856: vodič ohřívaný ve středu se ochladí na jedné straně a horký na druhou. Teoretické údaje jsou empiricky potvrzeny, což otevírá cestu k vytváření klimatických technologií a dalších věcí.

Myšlenka lorda Thomsona: pokud je vodorovný teplotní gradient( viz Elektrické pole), teplo začne proudit, když protéká proud. Toto zařízení funguje na principu tepelného čerpadla. Přenášená energie je úměrná gradientu: čím je graf změny teploty podél délky vodiče strmější, tím větší je tepelný účinek.

Koeficient proporcionality ve vzorci je pojmenován podle Thomsona a je spojen s koeficienty termoelektrické a Peltierovy. Autoři dali vysvětlení podle kinetické( mikroskopické) teorie, která pracuje s úrovněmi energetických stavů nosičů náboje. Lord Kelvin se držel termodynamického( makroskopického) konceptu, kde jsou zohledněny globální toky a síly. Toto rozlišení platí pro mnoho odvětví fyziky. Například Ohmův zákon pro řetězec může být považován za variant termodynamického pohledu na věci.

Volal a podobnosti. V termodynamickém konceptu jsou masivně aplikovány následující konstanty: řeč na koeficient tepelné vodivosti( Fourierův zákon) a izotermická vodivost( Ohmův zákon).

Důsledky

Řada užitečných zákonů souvisejících s tématem, které jsou předmětem diskuse:

1. V uzavřeném obvodu s homogenním materiálem z důvodu teploty nelze udržovat elektrický proud. Toto prohlášení nese jméno německého fyzik Magnus. Někdy se označuje jako zákon homogenního řetězce.
2. Zákon meziproduktů uvádí, že algebraický součet termoelementu uzavřené smyčky sestávající z libovolného počtu segmentů heterogenních vodivých materiálů je nulový za předpokladu, že teplota úseků je stejná.

Použití termoelektrických a elektrotermálních efektů

Přímý a inverzní termoelektrický efekt již dlouho nenašel žádnou aplikaci, užitná hodnota se ukázala být příliš malá.Postupně fyzikové vytvořili slitiny, jejichž vlastnosti překrývaly čisté kovy, které používaly Peltier a Lenz o dva řády. Nyní je aplikována termoelektrika. Vypněte chladicí termostat nebo termoelektrické chladničky bez pohyblivých částí.Vesmírný průmysl je mnohem zajímavější, kdy je tento jev používán k chlazení fotorezistorů: když teplota klesne jen o 10 stupňů, citlivost takových snímačů se zvyšuje o řádu.

Další výhodou popsaných technických řešení je kompaktnost a nízká spotřeba energie: při hmotnosti 150 g jednotka chladí termistor o 50-60 stupňů.Ve spotřební elektronice Peltier efekt podporuje normální režim procesorů v systémové jednotce osobních počítačů.Ano, stojí za to, že technické řešení není levná, ale zaručuje se tichost. Například nadšenci z domácích chladniček designu v roce 2010.Vysoká účinnost nemůže být dosažena díky velkým ztrátám v těle. Ale s příchodem nových izolačních stavebních materiálů se situace zlepší.

Zajímavé je, že když se změní směr elektrického proudu, efekt začne pracovat v opačném směru. Vytápění je možné.Na základě popsaných účinků se vytvářejí termostaty, které monitorují teplotu na tisícininy stupně.Mezi slibné oblasti oslavují domácí klimatizační zařízení a další chladicí systémy. Nejvýraznější nevýhodou je cena. A nesmíme zapomínat, že účinnost klimatizačního zařízení je zpravidla větší než 1, tato jednotka pracuje na principu tepelného čerpadla. Nechte účinnost prudce poklesnout se zvyšující se okolní teplotou, zatímco termočlánky jsou daleko za tradičními metodami chlazení s jejich 10%.

Express další názory. Akademik Ioffe, jehož některé maximy se používají ve výše uvedeném tématu, navrhuje vytvořit systémy pro vytápění a chlazení jako rozdělovače. V takovém případě vzniká komplikace, jako u typických kondicionérů, ale účinnost dosahuje 200%.Význam: během ohřevu je například umístěn odvod tepla absorbující teplo a vyvíjející se křižovatka je umístěna uvnitř.Není snadné vyhánět teplo z chladu, protože technika má omezení.Na základě této metodiky však není zakázáno vytvářet tepelná čerpadla.

Bezpodmínečné výhody klimatických systémů využívajících Peltierův element zahrnují schopnost pracovat v opačném směru. V létě se kamna stávají klimatizovanými. Je pouze nutné změnit směr toku proudu. Známý opačný vývoj, určený k přeměně slunečního tepla na elektrickou energii. Ale zatímco takové návrhy jsou vyráběny na bázi křemíku, neexistuje místo pro termočlánky.

Materiály pro vytváření termočlánků

Je zřejmé, že běžné kovy nejsou vhodné pro vytváření výkonných systémů.Vyžaduje výkon od 100 μV do 1 stupně.Ve druhém případě je dosažena vysoká účinnost. Materiály jsou slitiny vizmutu, antimonu, teluru, křemíku, selenu. Nevýhody složek zahrnují křehkost a relativně nízkou provozní teplotu. Nízká účinnost přidává omezení, ale se zavedením nanotechnologie existuje naděje, že bude překonána obvyklá struktura. Vědci mezi slibnými oblastmi nazývali vývoj zásadně nové polovodičové základny s opravdu jedinečnými vlastnostmi, včetně přesné hodnoty energetické úrovně materiálů.