Peltier-elementti on sähkölaite, joka tuottaa sähkövirran vaikutuksesta lämpötilaeron työkohteissa. Toimintaperiaate on Seebeckin päinvastainen vaikutus. On huomionarvoista, että termoparin liitosliittimiä ja todellista metalliliitäntää kutsutaan anturin herkälle paikalle. Sinun ei pidä johtaa harhaan, päät on yleensä liitetty mittauspiiriin eikä kosketa.
Thermoelectricity
: n vaikutukset 21. heinäkuuta 1820 pidetään käännekohtana historian kehityksessä: Oersted päätti julkaista huomautuksensa virtajohdon vaikutuksesta magneettisen neulan suuntaan avaruudessa. Muita löytöjä seuraa peräkkäin, olemme kiinnostuneita ensimmäisen galvanometrin keksinnöstä.Valmistaja Schweigger kutsui laitetta kerrannaisvaikutukseksi sen kyvystä moninkertaistaa useiden kierroslukumäärien tulos magneettiseen neulaan. Tämän takia vuosi myöhemmin( 1821), virolainen fyysikko, Seebeck, löysi termoelektroniikan. On hyvin tiedossa, että se, mitä tapahtui viisi vuotta myöhemmin George Ohmille, sai maailmankuulun lain.
Om Georg
Kirjallisuudessa sanotaan, että Seebeck käytti tunnistimena solenoidia, jossa oli lukuisia kierroksia ja magneettista neulaa. Tarina on hiljaa, kun vismutti-antimoni-piikki iski tiedemiehelle, mutta se kertoo, että tiedemies on kytkenyt tandemin virtalähteeksi ja nähnyt kompassin värähtelyt jatkuvasti, kun hän otti lämpöparin käsissään. Se oli luultavasti lähellä omien yliluonnollisten kykyjensä löytämistä, mutta sen seurauksena pääteltiin, että käsien lämpö oli syyllinen. Erinomaiset tulokset, tutkija on saavuttanut käyttämällä valaisimen lamppua lämmönlähteenä.
Seebeck tulkitsi väärin kokeilun tulosta kutsumalla löytömagneettista polarisointia: lämmityspisteen siirtäminen toiseen päähän muutti nuolen taipuman suuntaa. Tämän seurauksena rakennettiin väärä teoria. He alkoivat väittää, että lämpötila mahdollistaa suoraan magneettisten ominaisuuksien saamisen, ja maan kenttä johtuu tulivuorien aktiivisuudesta. Georg Ohm käytti jo pian kuvauksen jälkeen termo-emfiä tunnetun lain saamiseksi, ja vuonna 1831 käytettiin samanlaista lähdettä elektrolyysikokeissa.
Termo-emf-arvo on pieni. Yleensä kymmeniä mV.Jos haluat löytää tietyn arvon, käytä taulukoita. Platinum on maapallon ilmastoalueiden lämpötilojen vertailuarvo. Taulukot sisältävät lämpö-emf: n arvon määritellyn metallin termopareille ja tutkitut: kromi, alumiini, kupari, rauta. Arvot ovat positiivisia ja negatiivisia. Esimerkiksi antimonin kohdalla se on +4,7 mV ja vismutin osalta - miinus 6,5.Arvot nousevat ja käy selväksi, että kun lämpötilaero 100 asteen EMF-parin päissä on muodostettu 12,2 mV: iin. Georg Om yritti luoda samanlaisia olosuhteita upottamalla ensimmäinen pää jäähän ja toinen - kiehuvaan veteen.
Termoelektristen
-vertailutaulukoiden vaikutus sisältää joskus useita arvoja. Esimerkiksi eri lämpötiloissa 100 asteen välein. Sitten on mahdollista laskea arvot kullekin, mutta myös nolla-arvo jollekin määritellylle lämpötilalle. Suuremman ja pienemmän arvon välinen ero otetaan. Yksittäisillä lämpöparilla tietyssä lämpötilassa termo-emf: n suunta muuttuu päinvastaiseksi. Esimerkiksi kuparin ja raudan rajapiste on 540 astetta.
Peltier Effect
Peltier Effectiä kutsutaan lämpöelektroniikan peilikuvaksi. Tällöin virta siirtää lämpöä lämpöparin ensimmäisestä päästä toiseen. Ja muutos suuntaan ja lämmitetty puoli kääntyy päinvastaiseksi. Vaikutus löydettiin vuonna 1834, koska sitä on tulkittu väärin. Vain 4 vuotta myöhemmin ”maanmies” Lenz onnistui jäädyttämään ja haihduttamaan vesipisaran lämpöparilla. Kussakin tapauksessa virta näytti omalla suunnallaan.
Vaikutus on yksinkertaisesti selitetty modernissa fysiikassa. Oletetaan, että on olemassa kaksi eri puolijohdetta, joilla on sama johtavuus. Elektronit kussakin hankkivat eri energian arvon, ja tasot molemmissa tapauksissa ovat lähellä.Kuvittele nyt, että sähkövirta alkoi siirtää maksuja yhdestä välineestä toiseen. Mitä tapahtuu? Korkean energian omaavat elektronit, jotka ovat alhaisen tason ympäristössä, antavat ylimääräisen määrän kidehilasta, joka tuottaa lämmitystä.Päinvastoin, jos energia ei riitä, se siirretään kidehilasta, joka aiheuttaa liitoksen jäähdytyksen.
Peltier Effect
Jos puolijohteiden johtokyky tyyppi ei ole sama, teho selitetään eri tavalla. P-materiaaliin saapuva elektroni siirtyy reiän( positiivisen varauskannattimen) sijalle energian tasolla. Tämän seurauksena se menettää liikkeen kineettisen energian ja nykyisen ja menneen tilan välisen eron. Vapautunut määrä menee vapaiden kantajien muodostumiseen pn-liitoksen molemmille puolille. Loput ilmoitetaan kidehilsiin, josta lämmitys etenee. Jos energia alkuvaiheessa on pienempi, liitosjäähdytys alkaa. Rekombinaatioväliaineita täydennetään virtalähteellä.
Vapautuneen tai imeytyvän lämmön määrä on verrannollinen johtimen läpi kulkevaan lataukseen. Lineaarisen riippuvuuden kaavan kerroin on nimeltään Peltier. Samankaltainen arvo on otettu käyttöön myös Seebeckin nimeämässä lämpöelektrisyydessä.Kaavasta seuraa, että vapautuneen lämmön määrä, toisin kuin Joule-Lenz-vaikutus, on verrannollinen sähkövirran ensimmäiseen asteeseen( siirrettävän varauksen määrittäminen).
Thomson-vaikutus
Seebeck- ja Peltier-kertoimien perusteella Lord Kelvin( Thomson) ennusti uuden vaikutuksen vuonna 1856: keskuksessa lämmitetty johdin jäähtyy toisella puolella ja kulkee kuumana toisella puolella. Teoreettiset tiedot vahvistetaan empiirisesti, mikä avaa tietä ilmastoteknologian ja muiden asioiden luomiselle.
Herran Thomsonin ajatus: jos johtimessa on lämpötila-asteikko( katso Sähkökenttä), lämpö alkaa virrata, kun virta virtaa. Tämä laite toimii lämpöpumpun periaatteella. Käytetty teho on verrannollinen gradienttiin: mitä jyrkempi lämpötila muuttuu johtimen pituutta pitkin, sitä suurempi on lämpövaikutus.
Kaavassa oleva suhteellisuuskerroin on nimetty Thomsonin mukaan, ja se liittyy termoelektrisiin ja Peltier-kertoimiin. Edellä esitetyt tekijät antoivat selityksiä kineettisen( mikroskooppisen) teorian mukaan, joka toimii latauskannattimien energian tilan tasoilla. Herra Kelvin noudattaa termodynaamista( makroskooppista) konseptia, jossa otetaan huomioon maailmanlaajuiset virrat ja voimat. Tämä ero koskee monia fysiikan aloja. Esimerkiksi Ohmin lakia ketjuosuudelle voidaan pitää vaihtoehtona asioiden termodynaamisesta näkökulmasta.
Called ja samankaltaisuudet. Termodynaamisessa konseptissa käytetään seuraavia vakioita massiivisesti: puhetta lämmönjohtavuuskertoimella( Fourier-laki) ja isotermistä johtavuutta( Ohmin lakia).
: n seuraukset Useita hyödyllisiä lakeja, jotka liittyvät käsiteltävään aiheeseen:
- Lämpötilasta johtuvassa homogeenisen materiaalin suljetussa piirissä sähkövirtaa ei voida ylläpitää.Tämä lausunto on saksalaisen fyysikon Magnuksen nimi. Toisinaan kutsutaan homogeenisen ketjun lakiksi.
- Välituotemateriaalien laissa säädetään, että suljetun silmukan termo-emf: n summa, joka koostuu useista heterogeenisten johtavien materiaalien segmenteistä, on nolla edellyttäen, että osien lämpötila on sama.
Thompson -efekti
Termoelektristen ja sähköenergisten vaikutusten käyttäminen
Suora ja käänteinen termoelektrinen vaikutus ei löytänyt pitkään aikaan sovellusta, hyödyllinen arvo osoittautui liian pieneksi. Fyysikot ovat asteittain luoneet seoksia, joiden ominaisuudet ovat päällekkäisiä Peltierin ja Lenzin käyttämien puhtaiden metallien kanssa kahdella suuruusluokalla. Nyt käytetään lämpösähköä.Palauta jääkaapin termostaatti tai lämpösähköiset jääkaapit ilman liikkuvia osia. Avaruusteollisuus on paljon kiinnostavampi, jossa ilmiötä käytetään jäähdyttämään fotoresistoreita: kun lämpötila laskee vain 10 astetta, tällaisten anturien herkkyys kasvaa suuruusluokalla.
Kuvattujen teknisten ratkaisujen lisäetuna on kompakti ja alhainen energiankulutus: 150 gramman painolla laite jäähdyttää termistorin 50-60 astetta. Kuluttajaelektroniikassa Peltierin vaikutus tukee henkilökohtaisten tietokoneiden järjestelmäyksikön prosessoreiden normaalia tilaa. Kyllä, sen arvo on tekninen ratkaisu ei ole halpa, mutta meluisa on taattu. Esimerkiksi 2010-luvun harrastajat suunnittelevat jääkaappeja kotona. Korkeaa hyötysuhdetta ei voida saavuttaa suurten häviöiden vuoksi. Mutta uusien eristävien rakennusmateriaalien myötä tilanne paranee.
Mielenkiintoista on, että kun sähkövirran suunta muuttuu, vaikutus alkaa toimia vastakkaiseen suuntaan. Lämmitys on mahdollista. Kuvattujen vaikutusten perusteella luodaan termostaatteja, jotka valvovat lämpötilaa tuhannesosaan asteesta. Lupaavien alueiden joukossa on kotimaisia ilmastointilaitteita ja muita jäähdytysjärjestelmiä.Huomattavin haitta on hinta. Emme saa unohtaa, että ilmastointilaitteen tehokkuus on pääsääntöisesti suurempi kuin 1, tämä laite toimii lämpöpumpun periaatteella. Anna tehokkuus laskea voimakkaasti ympäristön lämpötilan kasvaessa, kun taas lämpöparit ovat huomattavasti jäljessä perinteisistä jäähdytysmenetelmistä ja niiden 10%.
Express muita mielipiteitä.Akateemikko Ioffe, jota käytetään joissakin edellä mainituissa aiheissa, ehdotti järjestelmien luomista huoneiden lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmiksi jaettuina järjestelminä.Tällöin syntyy komplikaatio, kuten tyypilliset hoitoaineet, mutta tehokkuus on 200%.Merkitys: Lämmityksen aikana esimerkiksi lämpöä absorboiva liitos sijoitetaan ulkopuolelle ja kehittyvä liitos sijoitetaan sisätiloihin. Lämpöä ei ole helppo kääntää kylmästä, koska tekniikalla on rajoituksia. Tämän menetelmän perusteella ei kuitenkaan ole kiellettyä luoda lämpöpumppuja.
Peltier-elementtiä käyttävien ilmastojärjestelmien ehdoton etu sisältää kyvyn toimia vastakkaiseen suuntaan. Kesällä liesi tulee ilmastoitua. On vain tarpeen muuttaa virtauksen suuntaa. Tunnetaan vastakkaista kehitystä, joka on suunniteltu muuttamaan aurinkolämpöä sähköenergiaksi. Mutta vaikka tällaiset mallit tehdään pii-pohjalta, ja termopareille ei ole paikkaa.
Materiaalit lämpöparien muodostamiseksi
On selvää, että tavalliset metallit eivät sovi tehokkaiden järjestelmien luomiseen. Vaatii parin tehon 100 µV: sta 1 asteeseen. Jälkimmäisessä tapauksessa saavutetaan korkea hyötysuhde. Materiaalit ovat vismuttia, antimonia, telluuria, piitä, seleeniä.Komponenttien haittapuolena on herkkyys ja suhteellisen alhainen käyttölämpötila. Matala tehokkuus lisää rajoituksia, mutta nanoteknologian käyttöönotolla on toivoa, että tavanomainen kehys ratkaistaan. Lupaavien alojen tutkijat nimittivät pohjimmiltaan uuden puolijohdekannan kehittämisen, jolla on todella ainutlaatuiset ominaisuudet, mukaan lukien materiaalien energian tasojen tarkka arvo.
