Peltier

Peltier - prosessi mukana ulkonäkö lämpötilaero kahden eri materiaalin johtamalla sähkövirta läpi. Ensimmäistä kertaa selittyy akateemikko ja keksijä Lenz.

kiitos

Emme voi sivuuttaa kiitollisuuden USSR Academy of Sciences ja akateemikko AF Joffe hienosta työstä kehittämisestä thermoelectricity Neuvostoliitossa ja tuoda tutkimuksen tulokset yleisölle.

sovellettavuus

Peltier käytetään jäähdytykseen, lämmitys voi tahansa oppaana Joule-Lenz. Siten ilmiö on hyödyllinen:

1. Luoda matalan jännitteen DC ja jääkaappi. Ja mahdollisuus lämmitystehon vaihdettaessa napaisuus. Lännessä, niin rakennettu tie sandvichennitsy. Kylmä pitää tuotteen pilaa, napaisuussuojaus mahdollistaa toimittamaan tuotteen pöytään kuuma.
2. Jäähdyttimet prosessorit edistää merkittävästi yleistä melusta järjestelmän suorituskykyä yksikkö. Jos korvata ne Peltier elementit, joskus täydellinen puuttuminen puhaltimen. Hän rustles ei niinkään keho on riistetty voimakas patterin ja vahvistamisesta luotettava (toisin kuin emolevy materiaali).

Kehittäminen teorian jäähdytys

Peltier ei herättänyt huomiota tutkijoiden, se tuntui hyödytön. Avattu vuonna 1834, kerätä pölyä tieteellisten kirjastojen yli sata ennen hyllyt, pikemmin kuin teräs on ensimmäinen merkittäviä teknisiä ratkaisuja tällä alalla. Esimerkiksi, Altenkirch (1911) todetaan, kyvyttömyys käyttää Peltier jäähdytysjärjestelmiä, laskettaessa perustui puhtaan metallit, metalliseokset ja puolijohteet sijaan.

Virhepäätelmän päätelmät Saksan tiedemies vahvistettiin myöhemmin, kuinka suuria rooli laboratoriossa tiedeakatemian puolijohteita. Vuoteen 1950 se perusti johdonmukaisen teorian, joka mahdollisti vielä useita vuosia luoda ensimmäinen sähkötermisiä jääkaapissa. Suhteellisen pieni hyötysuhde 20% lämpötila laskee laitetta 24 astetta, joka useimmissa tapauksissa riittää kotitalouksiin. Vuotta myöhemmin, lämpötilaero on jo 60 astetta.

Fysiikan 50s Peltier-elementin katsottiin Jäähdyttimen Freon sijasta elektronin kaasua. Se toteutetaan tämän järjestelmän huomioon. Tärkein parametri - jäähdytys tehokkuus, suhde määrä lämpöä aikayksikössä, että saanti voima, joka on kulutettu. Moderni freonia ilmastointilaitteet ja jääkaapit luku on suurempi kuin yksi. 50-luvulla, että Peltier-elementti oli tuskin 20%.

Vaikutus näkökulmasta termodynamiikan

Peltier on kuvattu osoittaa, kuinka paljon energiaa siirretään tietty arvo sähkövirran. Ilmentävät sitä ajoissa yksiköt ovat sähköiset laitteet, joka on määritetty tarpeisiin jääkaapissa. Tänään suosittuja äänetön elementtejä Peltierin jäähdyttimet prosessorit. Pieni kide levy jäähtyy ja jäähdyttää jäähdyttimen jäähdytin. Peltier-elementti toimii lämpöpumppu, lämpöä purkautumisen taattu CPU, estää ylikuumenemisen.

Kaavassa kuviossa on merkitty alfa kertoimet Termodoma EMF puolikkaat (osien) elementin. T - käyttölämpötila Kelvin-asteina. Kukin elementti on tyypillisesti läsnä puoli-Thomson vaikutus, jos kautta kulkevaa virtaa johtimen, ja pitkin linja on kaltevuus (suuntaava ero) lämpötilat ovat lisäksi Joule, seistä ja muut lämpöä. Viimeksi mainittu on nimetty Thomson. Joissakin osissa energiaketjun absorboituu. Siten, Thomson vaikutus on suuri vaikutus toimintaan lämmittimien ja jääkaappi. Mutta se on, kuten jo mainittiin, sivu-, kateissa tekijä.

Lämpö siirretään Thomson vaikutus, lämpötilaero on suoraan verrannollinen johtimen päihin ja riippuu virtaavan nykyinen. Ilmiö esiintyy vain aineita, joilla on voimakas riippuvuus lämpölaa- EMF lämpötilasta. Joissakin laskelmissa Thomson vaikutus katsotaan olevan nolla, se on lähellä totuus. Termodynaaminen teoria prosessin tuotto ja valinta lämpöä pidetään näkökulmasta katsottuna kaksi lämpövirtojen:

• Lämpövuo, jäähdytys poimii liitoksen, jonka jälkeen kaksi rinnakkaista tavoittavin prosessit:

1. Loistaudit lämpöä Joule-Lenz. Termodynamiikan, sitä pidetään puoli tuote neliön virran vastuksen. Toinen puoli jää kuuman risteykseen.
2. Lämmitys lämpövirran lähtöisin lämpimänä. On yhtä suuri lämpötilaero, kertomalla kanssa yhteensä lämmönjohtavuus lämpöelementin oksat.

• Kuuma liitoskohta on käänteinen prosesseja toisen vaiheen (lämpö johdetaan pois jäähdytettyyn osa) ja samanlainen kuin ensimmäinen - Joule lämpöä vapautuu.

Sanamuodosta merkitsee sitä, että tehokas ratkaisu tehokkuuden maksimoimiseksi eriste on välillä liittymissä. Pari käytetään puolijohteita, jotka pystyvät tuottamaan lämpöä sähkömotorinen voima, sähkövirta on voitettava hänen vastus. Kulutettu energia on verrannollinen lämpötilaero ja ero terminen EMF aineiden kertoimet ja riippuu virtaavan nykyinen. Ovat kuvaajia käyristä, ja erottaa niitä, jotta löydettäisiin ääriarvon voi saada ehdot maksimi lämpötilaero (välillä huoneeseen ja jääkaappi).

Luvut osoittavat tulokset derivoimalla toiminta, jossa lasketaan optimaalinen virtoja vastuksen R ja lämpöpari raja kasvu jäähdytys vaikutus. Näistä kaavoista seuraa, että ihanteellinen kone käy, jos:

• Johtavuus samaa termopari materiaalia.
• Lämmönjohtavuus samaa termopari materiaalia.
• Lämpö- sähkömotorinen voima on yhtä suuri, mutta vastakkainen merkki.
• Poikkileikkaukset ja pituudet sivukonttoreita termopari.

Toteuttaa nämä ehdot käytännössä vaikeaa. Tässä tapauksessa, rajoittava tekijä on suhde kylmäaineen lämpötilan Kylmäpistekompensointi lämpötilaan ero. Muistaa, tämä on täydellinen kuvaus koneen todellisuudessa vielä saavuttamattomissa.

Miten optimaalisen jäähdytystehon Peltierin

Luvut ovat kaavioita vaikuttavat muuttujat tehokkuutta Peltier-elementtejä. Ensimmäinen, on ilmeistä, - termojännitteeseen kerroin pyrkii nollaan yhä kantaja-pitoisuus. Se muistuttaa, että metalleja ei pidetä paras materiaali tuottamiseksi termopari. Lämmönjohtavuus, päinvastoin lisääntyy. Termodynamiikan, uskotaan, että se koostuu kahdesta osasta:

1. kidehilassa lämmönjohtavuus.
2. Elektroninen lämmönjohtavuus. Mainittu komponentti ilmeisistä syistä pitoisuudesta riippumattomasti vapaiden varauksenkuljettajien ja aiheuttaa kasvukäyrän esitetty kaaviossa. Lämmönjohtavuus kidehilan pysyy käytännössä vakiona.

Tutkijat ovat kiinnostuneita tuote neliön lämpölaa- EMF on sähkönjohtavuutta. Mainittu arvo on sijoitettu osoittajan lausekkeen lämpökerroin. Mukainen ääriarvo havaittu pitoisuutena vapaiden varauksenkuljettajien alueella 10-19 astetta yksikköä kuutiosenttimetriä kohti. Tämä on kolme kertaluokkaa pienempi kuin mitä havaittiin puhtaan metallin, josta seuraa välittömästi päätellä, että ihanteellinen materiaali puolijohteiden Peltier-elementit.

Osuus toisen komponentin on suhteellisen alhainen alas abskissa, ja saa ottaa materiaalia tällä välillä. Sähkönjohtavuus eristeet on liian pieni, mikä selittää mahdottomuus niiden käyttöä tässä yhteydessä. Kaikki tämä mahdollistaa perustaa miksi havainnot ei oteta vakavasti Altenkirchen.

Kvanttiteoria levitetään Peltier

Termodynamiikka ei salli tarkkoja laskelmia, mutta laadullisesti kuvataan materiaalin valinta prosessia varten Peltier-elementit. Tilanteen korjaamiseksi, fyysikot kehottavat quantum theory. Se toimii samalla arvot, ilmaistaan ​​pitoisuuden vapaata varauksenkuljettajien, kemiallinen potentiaali, Boltzmannin vakio. Tällaisten teorioiden tehdään kutsutaan myös kineettinen (tai mikroskooppisia), koska sitä pidetään kuvitteellinen ja tuntematon maailma minuutin hiukkasia. Niistä merkkejä löytyy:

1. L - vapaa matka varauksenkuljettajien. Se riippuu lämpötilasta. Tulos määritetään eksponentti elektronien sironta mekanismi r (Molekulaarisen lattices on 0; ionisia ja lämpötila on alle Debye - 0,5; Edellä Debye - 1; kun sironta epäpuhtauden ionien - 2).
2. f - Fermi kertymäfunktio (energian tasoilla).
3. X - alennettu kineettinen energia varauksenkuljettajien.

Integraali Fermi toiminnot on lueteltu taulukossa, laskennasta ei ole vaikeaa. Yhtälöitä mikroskooppisen teorian päätöksen suhteen termojännitteeseen kerroin ja sähkönjohtavuus, jonka avulla löydät hyötysuhdetta. Nämä monimutkaiset toiminnot tekemä BI Sivuttain, joka vahvistettiin, että optimaalinen arvo Seebeckin kerroin on välillä 150 ja 400 mV / K, vaan riippuu siitä, missä määrin sironnan avulla. Ensi silmäyksellä, on selvää, että arvot metalleja ei ole havaittu. Seurauksena, ryhmä fysiikan johti Joffe osoittanut, että paras materiaali termoparit on täytettävä useita ehtoja:

1. Suurin suhde liikkuvuuden kerroin lämmönjohtavuus kidehilan.
2. Kantaja-pitoisuus kaavan mukaan kuviossa esitetty.

varapuheenjohtaja Zhuze osoittaa, mitkä aineet on halutut liikkuvuutta. Niiden kiderakenne on kompromissi atomi ja metalli. Käyttöönotto epäpuhtauksien materiaali vähentää aina liikkuvuutta. Tämä selittää sen, että termojännitteeseen kerroin seokset on suurempi kuin puhtaiden materiaalien. Mutta kasvu epäpuhtauden r. Ihanteellinen materiaali ei luonnossa olevat, termojännitteeseen kerroin on pidettävä vakiona arvossa 172 mV / K. Edellytyksenä on, että pitoisuus vaihtelee kuviossa on (ks. Patenttivaatimuksen. 2).

Puolijohteet mahdollisuus valita eri materiaaleja, jossa kantaja-pitoisuus on riippuvainen lämpötilasta, ja etsiä niitä, jos ero on käytännössä nolla. Johtuen näiden yhdistelmä ominaisuuksia voi yrittää löytää lähimpänä ihanteellinen materiaali.

rakentaminen jääkaapit

Parantaa Peltier elementit on yhdistetty rinnakkain. Kuitenkin, niiden teho taittaa. Jotta rakentaa omaa jääkaapit täytyy olla tietoinen lämpöhäviöiden läpi tasomaisen rakenteen. Luotu erityinen laskimet, monet ovat saatavilla verkossa.

On mukana suunnittelussa satunnaisessa epäedulliseen ilmeisistä syistä. Ja hyvä uutinen on, että Peltier elementit ovat huomattavasti halvempia viime vuosina. Ali-express ostaa tuotteita Kiinasta 60 wattia 300 ruplaa. Ei ole vaikea nähdä, että vuonna 3000 voidaan koota jääkaapissa. Ja mitä se säilyttäisi lämpötila riippuu suunnitteluun vaativat laskentaan.