Elément Peltier

Un élément à effet Peltier est un appareil électrique qui, sous l'influence d'un courant électrique, génère une différence de température sur les chantiers. Le principe d'action est l'effet inverse de Seebeck. Il convient de noter qu’il est accepté d’appeler les bornes de jonction du thermocouple, ainsi que la véritable jonction des métaux à l’endroit sensible du capteur. Ne vous y trompez pas, les extrémités sont généralement connectées au circuit de mesure et ne sont pas touchées.

Effets de la thermoélectricité

Le 21 juillet 1820 est considéré comme un tournant dans l'évolution de l'histoire: Oersted décida de publier ses observations sur l'effet du fil sous courant sur l'orientation de l'aiguille magnétique dans l'espace. D'autres découvertes se succèdent, nous nous intéressons à l'invention du premier galvanomètre. Le fabricant, Schweigger, a appelé l’appareil un multiplicateur pour sa capacité à multiplier le résultat de l’action de plusieurs tours de fil portant du courant sur une aiguille magnétique. C'est pour cette raison qu'un an plus tard( 1821), un physicien d'origine estonienne, Seebeck, découvrit la thermoélectricité.Il est bien connu que ce qui s’est passé cinq ans plus tard, George Ohm a obtenu une loi mondialement connue.

La littérature indique que Seebeck utilisait un solénoïde avec de nombreux tours de fil et une aiguille magnétique comme détecteur. L'histoire est silencieuse et le pic de bismuth-antimoine atteint le scientifique, mais il indique que le scientifique a connecté le tandem en tant que source d'alimentation et qu'il a constamment vu les oscillations de la boussole lorsqu'il a pris le thermocouple. C'était probablement proche de la découverte de ses propres capacités supranormales, mais il en résulta que la chaleur des mains était à blâmer. Le scientifique a obtenu d'excellents résultats en utilisant une lampe d'éclairage comme source de chaleur.

Seebeck a mal interprété le résultat de l'expérience en appelant la découverte, une polarisation magnétique: le décalage du point de chauffage à l'autre extrémité a modifié le sens de la flèche. En conséquence, la mauvaise théorie a été construite. Ils ont commencé à affirmer que la température permettait d'obtenir directement des propriétés magnétiques et que le champ terrestre était dû à l'activité des volcans. Georg Ohm, peu de temps après la découverte décrite, appliqua thermo-emf pour dériver une loi connue et, en 1831, une source similaire fut utilisée dans des expériences d'électrolyse.

La valeur thermo-emf est petite. Habituellement des dizaines de mV.Si vous voulez trouver une valeur spécifique, utilisez les tables. Le platine est la référence pour les températures dans la plage climatique de la Terre. Les tableaux contiennent la valeur de thermo-emf pour les thermocouples du métal spécifié et ceux étudiés: chromel, alumel, cuivre, fer. Les valeurs sont positives et négatives. Par exemple, pour l'antimoine, il est de +4,7 mV, et pour le bismuth - moins 6,5.Les valeurs s'additionnent et il devient clair que lorsque la différence de température aux extrémités d'une paire de CEM de 100 degrés est formée à 12,2 mV.Georg Om a essayé de créer des conditions similaires en plongeant la première extrémité dans la glace et la seconde dans l'eau bouillante.

Les tables de référence contiennent parfois de nombreuses valeurs. Par exemple, pour différentes températures par incréments de 100 degrés. Ensuite, il est possible de calculer les valeurs pour chacune, mais aussi avec la substitution de zéro pour n’importe laquelle des températures spécifiées. La différence entre la plus grande et la plus petite valeur est prise. Pour des thermocouples individuels à une certaine température, la direction du thermo-emf change en sens inverse. Par exemple, pour le cuivre et le fer, la limite sera de 540 degrés Celsius. Effet Peltier

L'effet Peltier est appelé réflexion miroir de la thermoélectricité.Dans ce cas, le courant transfère la chaleur de la première extrémité du thermocouple à la seconde. Et avec un changement de direction et le côté chauffé se retourne. L'effet a été découvert en 1834, après avoir été mal interprété.Seulement 4 ans plus tard, le «compatriote» Lenz a réussi à geler et à évaporer une goutte d'eau à l'aide d'un thermocouple. Dans chaque cas, le courant a montré sa propre direction.

L'effet est simplement expliqué dans la physique moderne. Supposons qu'il existe deux semi-conducteurs dissemblables ayant le même type de conductivité.Les électrons dans chacun acquièrent une valeur d'énergie différente et les niveaux dans les deux cas sont proches. Imaginons maintenant que le courant électrique commence à transférer des charges d’un support à un autre. Qu'est-ce qui va arriver? Les électrons à haute énergie, présents dans l'environnement à faibles niveaux, donneront une quantité supplémentaire au réseau cristallin, produisant un chauffage. Au contraire, si l'énergie n'est pas suffisante, elle sera transférée du réseau cristallin, ce qui provoquera le refroidissement de la jonction.

Si le type de conductivité des semi-conducteurs dans un thermocouple n'est pas le même, l'effet est expliqué différemment. Un électron entrant dans le matériau p remplace un trou( porteur de charge positive) au niveau de l'énergie. En conséquence, il perd l'énergie cinétique du mouvement et la différence entre l'état actuel et passé.La quantité libérée va à la formation de porteurs libres des deux côtés de la jonction pn. Le reste est signalé au réseau cristallin, à partir duquel le chauffage se produit. Si l'énergie au moment initial est inférieure, le refroidissement de la jonction commencera. Les supports de recombinaison sont reconstitués par la source d'alimentation.

La quantité de chaleur libérée ou absorbée est proportionnelle à la charge qui traverse le conducteur. Le coefficient dans la formule de dépendance linéaire s'appelle Peltier. Une valeur similaire est introduite pour la thermoélectricité, nommée d'après Seebeck. Il découle de la formule que la quantité de chaleur dégagée, contrairement à l’effet Joule-Lenz, est proportionnelle au premier degré de courant électrique( déterminant la charge transférée).

Effet Thomson

D'après les coefficients Seebeck et Peltier, Lord Kelvin( Thomson) prédit un nouvel effet en 1856: le conducteur chauffé au centre se refroidit d'un côté et passe à chaud de l'autre. Les données théoriques sont confirmées empiriquement, ouvrant la voie à la création de technologies climatiques et autres.

L’idée de Lord Thomson: s’il existe un gradient de température le long du conducteur( voir Champ électrique), la chaleur commence à s’écouler lorsque le courant passe. Cet appareil fonctionne sur le principe de la pompe à chaleur. La puissance transportée est proportionnelle à la pente: plus le graphique des variations de température le long de la longueur du conducteur est important, plus l'effet thermique se manifeste.

Le coefficient de proportionnalité dans la formule est nommé d'après Thomson et est associé aux coefficients de thermoélectricité et de Peltier. Ci-dessus, les auteurs ont donné des explications selon la théorie cinétique( microscopique), qui fonctionne avec les niveaux d'états d'énergie des porteurs de charge. Lord Kelvin a adhéré au concept thermodynamique( macroscopique), dans lequel les flux et les forces globaux sont pris en compte. Cette distinction s'applique à de nombreuses branches de la physique. Par exemple, la loi d’Ohm pour une section de chaîne peut être considérée comme une variante d’une vision thermodynamique des choses.

appelé et similitudes. Dans le concept thermodynamique, les constantes suivantes sont appliquées massivement: parole sur le coefficient de conductivité thermique( loi de Fourier) et conductivité isotherme( loi d'Ohm).

Conséquences de

Un certain nombre de lois utiles liées au sujet en discussion:

1. Dans un circuit fermé d'un matériau homogène en raison de la température, le courant électrique ne peut pas être maintenu. Cette déclaration porte le nom du physicien allemand Magnus. Parfois appelé loi de la chaîne homogène.
2. La loi des métaux intermédiaires stipule que la somme algébrique du thermo-emf d'une boucle fermée constituée d'un nombre quelconque de segments de matériaux conducteurs hétérogènes est égale à zéro, à condition que la température des sections soit la même.

Utilisation des effets thermoélectriques et électrothermiques

Pendant longtemps, l'effet thermoélectrique direct et inverse n'a pas trouvé d'application, la valeur utile s'est avérée trop petite. Peu à peu, les physiciens ont créé des alliages dont les propriétés chevauchent de deux ordres de grandeur les métaux purs utilisés par Peltier et Lenz. Maintenant, la thermoélectricité est appliquée. Rappelez le thermostat du réfrigérateur ou les réfrigérateurs thermoélectriques sans pièces mobiles. L'industrie spatiale est beaucoup plus intéressante, où le phénomène est utilisé pour refroidir les photorésistances: lorsque la température ne baisse que de 10 degrés, la sensibilité de ces capteurs augmente d'un ordre de grandeur.

Un autre avantage des solutions techniques décrites est la compacité et la faible consommation d'énergie: avec un poids de 150 g, l'unité refroidit la thermistance de 50 à 60 degrés. En électronique grand public, l’effet Peltier prend en charge le mode normal des processeurs de l’unité centrale des ordinateurs personnels. Oui, cela vaut la peine, la solution technique n’est pas bon marché, mais le silence est garanti. Par exemple, les amateurs des années 2010 conçoivent des réfrigérateurs à la maison. Un rendement élevé ne peut être atteint en raison de pertes importantes dans le corps. Mais avec l'avènement de nouveaux matériaux de construction isolants, la situation va s'améliorer.

Fait intéressant, lorsque la direction du courant électrique change, l'effet commence à fonctionner dans la direction opposée. Le chauffage est possible. Sur la base des effets décrits, des thermostats sont créés pour surveiller la température au millième de degré.Parmi les domaines prometteurs, il convient de souligner les climatiseurs domestiques et autres systèmes de refroidissement. Le désavantage le plus notable est le prix. Et il ne faut pas oublier que l'efficacité du climatiseur est généralement supérieure à 1, cette unité fonctionne sur le principe d'une pompe à chaleur. Laissez l’efficacité baisser brusquement avec l’augmentation de la température ambiante, alors que les thermocouples sont loin derrière les méthodes de refroidissement traditionnelles avec leurs 10%.

Exprimer d'autres opinions. L’académicien Ioffe, dont certaines maximes sont utilisées dans le sujet ci-dessus, a proposé de créer des systèmes pour chauffer et climatiser des pièces en tant que systèmes divisés. Dans ce cas, une complication survient, comme avec les conditionneurs typiques, mais l'efficacité atteint 200%.Signification: lors du chauffage, par exemple, une jonction absorbant la chaleur est placée à l'extérieur et la jonction évolutive est placée à l'intérieur. Il n’est pas facile de dissiper la chaleur du froid, car cette technique a ses limites. Cependant, il n'est pas interdit de créer des pompes à chaleur sur la base de cette méthodologie.

Parmi les avantages inconditionnels des systèmes climatiques utilisant l'élément à effet Peltier, citons la possibilité de travailler dans la direction opposée. En été, le poêle deviendra climatisé.Il suffit de changer le sens du courant. On connaît des développements opposés, conçus pour convertir la chaleur solaire en énergie électrique. Mais bien que ces conceptions soient réalisées à base de silicium, il n’ya pas de place pour les thermocouples.

Matériaux pour la création de thermocouples

Bien entendu, les métaux ordinaires ne conviennent pas à la création de systèmes puissants. Nécessite une paire de puissance allant de 100 µV à 1 degré.Dans ce dernier cas, une efficacité élevée est obtenue. Les matériaux sont des alliages de bismuth, d’antimoine, de tellure, de silicium, de sélénium. Les inconvénients des composants comprennent la fragilité et une température de fonctionnement relativement basse. Le faible rendement ajoute des limites, mais avec l’introduction de la nanotechnologie, il est à espérer que le cadre habituel sera dépassé.Les scientifiques parmi les domaines prometteurs ont appelé le développement d'une base fondamentalement nouvelle de semi-conducteurs avec des propriétés vraiment uniques, y compris la valeur exacte des niveaux d'énergie des matériaux.