Effet Peltier

effet Peltier - un processus accompagné de l'apparition d'une différence de température sur les deux matériaux différents en passant un courant électrique à travers eux. Pour la première fois expliqué par l'académicien et inventeur Lenz.

Merci

Nous ne pouvons pas ignorer l'Académie des sciences de l'URSS de reconnaissance et Académicien AF Joffe pour le grand travail sur le développement de la thermoélectricité en URSS et apporter des résultats de recherche au public.

applicabilité

effet Peltier est utilisé pour le refroidissement, le chauffage peut servir de guide à travers le Joule-Lenz. Par conséquent, le phénomène est utile:

1. Pour créer une basse tension à courant continu et d'un réfrigérateur. Avec la possibilité de pouvoir le chauffage lors d'un changement de polarité. Dans l'ouest, construit de sandvichennitsy de route. Le froid conserve le produit de pourrir, l'inversion de polarité permet de soumettre le produit à la table chaude.
2. processeurs Refroidisseurs apportent une contribution significative à la performance globale du bruit de l'unité centrale. Si vous les remplacer par des éléments Peltier, un total manque parfois du ventilateur. Il bruisse pas tant le corps est privé d'un radiateur puissant et fiable de fixation (contrairement à la matière de la carte mère).
   instagram viewer

Le développement de la théorie du refroidissement

effet Peltier est pas attiré l'attention des scientifiques, il semblait inutile. Ouvert en 1834, la collecte de la poussière sur les bibliothèques universitaires plus d'un siècle avant que les étagères, plutôt que l'acier pour être les premières solutions techniques importantes dans ce domaine. Par exemple, Altenkirch (1911) indique l'impossibilité d'utiliser les systèmes de réfrigération à effet Peltier, dans le calcul est basé sur l'utilisation de métaux purs, d'alliages semi-conducteurs et au lieu.

L'erreur des conclusions du scientifique allemand a confirmé plus tard, ce grand rôle pour le laboratoire de l'Académie des Sciences de semi-conducteurs. En 1950, il a établi la théorie cohérente, ce qui a permis un nombre supplémentaire d'années pour créer le premier réfrigérateur électrothermique. Avec un rendement relativement faible de 20% abaisse la température de l'appareil à 24 degrés, dans la plupart des cas assez à des fins domestiques. Des années plus tard, la différence de température était déjà 60 degrés.

Dans 50 de physique élément Peltier a été considéré comme le refroidisseur avec le Fréon à la place du gaz d'électrons. Elle a mené conformément à la présente étude du système. Le paramètre principal - efficacité de réfrigération, le rapport de la quantité de chaleur par unité de temps dans l'admission à la puissance qui est dépensée sur. Climatiseurs moderne fréon et réfrigérateurs chiffre est supérieur à un. Dans 50-s de l'élément Peltier est à peine 20%.

L'effet du point de vue de la thermodynamique

effet Peltier est décrit en montrant la quantité d'énergie est transférée à une certaine valeur du courant électrique. Exprimant en unités de temps sont des dispositifs d'alimentation, qui est déterminé en fonction des besoins du réfrigérateur. Aujourd'hui populaire éléments refroidisseurs Peltier sans bruit pour les processeurs. Une petite plaque de cristal se refroidit et refroidit le réfrigérant du radiateur. élément Peltier sert de pompe à chaleur, la chaleur provenant de l'unité centrale de décharge garanti, ce qui empêche la surchauffe.

Dans la formule dans la figure sont désignés par des coefficients alpha thermo moitiés EMF (parties constitutives) de l'élément. T - température de travail en degrés Kelvin. Chaque élément est typiquement présent effet secondaire-Thomson si le courant circulant à travers le conducteur, et le long de la ligne a une température gradient (différence directionnelle) seront, en plus de Joule, un support et autres la chaleur. Ce dernier porte le nom de Thomson. Dans certaines parties de la chaîne d'énergie sera absorbée. Par conséquent, l'effet Thomson a une forte influence sur le fonctionnement des appareils de chauffage et un réfrigérateur. Mais il est, comme déjà mentionné, côté, facteur non comptabilisé.

La chaleur transférée par effet Thomson, la différence de température est directement proportionnelle aux extrémités des conducteurs et dépend du courant en écoulement. Le phénomène ne se produit que dans des substances ayant une dépendance marquée du coefficient de force contre-électromotrice thermique de la température. il est dans certains calculs effet Thomson est considéré comme nul, proche de la vérité. La théorie thermodynamique du processus de retour et la sélection de la chaleur est considérée du point de vue des deux flux de chaleur:

• Le flux de chaleur, une jonction des pics de refroidissement, suivi par deux processus parallèles atteignant:

1. chaleur par Parasite Joule-Lenz. En thermodynamique, il est considéré comme la moitié du produit de la place du courant à la résistance. La seconde moitié tombe à la jonction chaude.
2. Chauffage le flux de chaleur provenant d'une partie chaude. Est égale à la différence de température, en multipliant par la conductivité thermique totale des branches de thermoélément.

• Dans la soudure chaude sont des processus inverse de la deuxième étape (la chaleur est évacuée à la partie refroidie) et similaire à la première - Joule chaleur est libérée.

De la formulation implique qu'une solution efficace pour maximiser l'efficacité de l'isolation sera entre les jonctions. La paire utilisé des semi-conducteurs, capable de générer une force électromotrice thermique, le courant électrique doit vaincre sa résistance. énergie dépensée est proportionnelle à la différence de température et la différence de coefficients de substances emf thermiques et dépend du courant en écoulement. Sont des graphiques des courbes, et les différencier afin de trouver les extrema peut recevoir des conditions de différence de température maximale (entre une chambre et d'un réfrigérateur).

Les figures montrent les résultats de l'opération de prise de dérivé où calculé les courants optimales pour la résistance R et l'augmentation de la limite de thermocouple effet réfrigérant. A partir de ces formules, il en résulte que la machine idéale se produira si:

• La conductivité du même matériau de thermocouple.
• La conductivité thermique du même matériau de thermocouple.
• Les coefficients de force électromotrice thermique égales mais opposées en signe.
• Les sections et longueurs des branches de la même thermocouple.

Pour réaliser ces conditions dans la pratique difficile. Dans ce cas, le facteur limitant est le rapport de la température du fluide frigorigène de la jonction froide à une différence de température. Rappelez-vous, c'est la description parfaite de la machine, en réalité, mais impossible à atteindre.

Comment optimiser refroidisseur Peltier

Les chiffres sont variables graphiques qui affectent l'efficacité des éléments Peltier. En premier lieu, il est évident - le coefficient thermo-emf tend vers zéro avec l'augmentation de la concentration de porteurs. Il rappelle que les métaux ne sont pas considérés comme le meilleur matériau pour la production d'un thermocouple. conductivité thermique, au contraire, augmente. En thermodynamique, on croit qu'il est composé de deux éléments:

1. réseau cristallin de conductivité thermique.
2. conductivité thermique électronique. Ledit composant pour des raisons évidentes, indépendamment de la concentration des porteurs de charge libres et provoque la courbe de croissance présentée sur le graphique. La conductivité thermique du réseau cristallin reste pratiquement constante.

Les chercheurs sont intéressés par le produit du carré du coefficient de EMF thermique sur la conductivité électrique. ladite valeur est placée dans le numérateur de l'expression pour le coefficient de performance. Selon extremum observé à une concentration de porteurs libres dans la région de 10 à 19 unités de degrés par centimètre cube. Ceci est trois ordres de grandeur inférieure à celle observée dans les métaux purs à partir de laquelle suit immédiatement la conclusion que le matériau idéal pour les semi-conducteurs sera Peltier éléments.

La proportion du second composant ont une relativement faible vers le bas sur l'axe des abscisses, et on laisse prendre le matériau dans cet intervalle. La conductivité électrique des isolants est trop faible, ce qui explique l'impossibilité de leur utilisation dans ce contexte. Tout cela vous permet d'établir la raison pour laquelle les résultats ne sont pas pris au sérieux Altenkirchen.

La théorie quantique appliquée à l'élément Peltier

Thermodynamique ne permet pas un calcul précis, mais décrit qualitativement le processus de sélection des matériaux pour les éléments à effet Peltier. Pour remédier à la situation, les physiciens appellent la théorie quantique. Il fonctionne avec les mêmes valeurs, exprimées en termes de concentration des porteurs de charge libres, le potentiel chimique, la constante de Boltzmann. Ces théories sont faites est également appelée cinétique (ou microscopique), car il est considéré comme monde illusoire et inconnu de minuscules particules. Parmi les signes se trouvent:

1. l - libre parcours moyen des porteurs de charge. Cela dépend de la température. Le résultat est déterminé par l'exposant du mécanisme diffusion des électrons r (pour les réseaux atomiques est égal à 0; ionique et la température au-dessous de Debye - 0,5; au-dessus de Debye - 1; lorsque la diffusion d'ions d'impuretés - 2).
2. f - fonction de distribution de Fermi (les niveaux d'énergie).
3. x - l'énergie cinétique réduite des porteurs de charge.

Intégrales des fonctions de Fermi sont répertoriées dans le tableau, leur calcul est pas difficile. Les équations de la théorie microscopique de la décision par rapport au coefficient thermo-fem et la conductivité électrique, ce qui vous permet de trouver le coefficient de performance. Ces opérations complexes effectuées par la BI De côté, qui a établi que la valeur optimale du coefficient de Seebeck est dans la plage comprise entre 150 et 400 mV / K, mais dépend du degré de mécanisme de diffusion. À première vue, il est clair que les valeurs des métaux ne sont pas respectées. En conséquence, un groupe de physiciens dirigée par Joffe montré que le meilleur matériau pour thermocouples doit satisfaire à un certain nombre de conditions:

1. Le rapport maximal de la mobilité au coefficient de conductivité thermique du réseau cristallin.
2. La concentration de porteuse selon la formule représentée dans la figure.

VP Zhuze indique quelles substances présentent la mobilité souhaitée. Leur structure cristalline est à mi-chemin entre le atomique et le métal. L'introduction d'impuretés dans le matériau réduit toujours la mobilité. Ceci explique le fait que le coefficient thermo-fem d'alliages est supérieure à celle des matériaux purs. Mais l'augmentation de l'impureté r. Le matériau idéal non existant dans la nature, le coefficient thermo-fem doit maintenir une valeur constante de 172 mV / K. Il est nécessaire que la concentration varie comme indiqué sur la figure (voir. de la revendication. 2).

Semi-conducteurs possibilité de choisir des matériaux différents, où la concentration porteuse dépend de la température, et chercher ceux où la différence est pratiquement nul. En raison de la combinaison de ces qualités peuvent essayer de trouver le plus proche du matériau idéal.

construction de réfrigérateurs

Pour améliorer les éléments à effet Peltier sont combinés en parallèle. Cependant, plier leur pouvoir. Afin de construire leurs propres réfrigérateurs doivent être conscients du calcul de la perte de chaleur par la structure plane. Créés calculatrices spéciaux, beaucoup sont disponibles en ligne.

Est engagée dans la conception désavantageuse aléatoire pour des raisons évidentes. Et les bonnes nouvelles sont que les éléments Peltier sont nettement moins chers au cours des dernières années. Ali-express acheter des produits de Chine 60 watts pour 300 roubles. Pas difficile de voir que pendant 3000 peut être assemblé réfrigérateur. Et ce qu'il maintiendrait la température dépend du calcul nécessitant la conception.