אפקט פלטייה

אפקט פלטייה - תהליך המלווה את מראה הבדל הטמפרטורה על שני חומרים שונים על ידי העברת זרם חשמלי דרכם. בפעם הראשונה הסבירה ידי לנץ אקדמיה והממציא.

תודה

אנחנו לא יכולים להתעלם התודה ברית המועצות האקדמיה למדעים AF אקדמיה יופה עבור עבודה רבה על התפתחות thermoelectricity בתוצאות מחקר בריה"מ והבאתי לציבור.

תחולה

אפקט פלטייה משמש לקירור, חימום יכול בשום מדריך דרך Joule-לנץ. לפיכך, התופעה שימושית:

1. כדי ליצור DC ומקרר במתח נמוך. בעזרת האפשרות של חימום כוח בעת השינוי קוטביות. במערב, כך נבנה sandvichennitsy הכביש. הקור שומר על המוצר יתקלקל, קוטביות הפוכה מאפשרת להגיש את המוצר לשולחן החם.
2. מעבד קירור לתרום תרומה משמעותית את ביצועי רעש הכוללים של יחידת המערכת. אם אתה מחליף אותם עם אלמנטים פלטייה, לפעמים להסתכם חוסר המאוורר. הוא ומרשרשת לא כל כך הגוף הוא משולל רדיאטור חזק ותיקון אמין (בניגוד לחומר לוח האם).

ההתפתחות של התיאוריה של קירור

אפקט פלטייה לא משך תשומת לב של מדענים, שלא היה כל טעם. נפתח בשנת 1834, איסוף האבק על ספריות אקדמיות יותר ממאה שנה לפני המדפים, ולא מפלדה להיות הפתרונות הטכניים המשמעותי הראשון בתחום זה. לדוגמא, Altenkirch (1911) צוין חוסר היכולת להשתמש במערכות קירור אפקט פלטייה, בחישוב התבסס על השימוש במקום מתכות, סגסוגות ומוליכים למחצה הטהורים.

הכשל של המסקנות של המדען הגרמני אשר מאוחר יותר, איזה תפקיד נהדר עבור מעבדה של האקדמיה למדעים של מוליכים למחצה. עד 1950, הוא הקים תיאוריה קוהרנטית, אשר אפשרה למספר נוסף של שנים כדי ליצור את המקרר אלקטרו הראשון. עם יעילות קטנה יחסית של 20% ומורידה את הטמפרטורה של המכשיר ב 24 מעלות, אשר ברוב המקרים מספיק למטרות ביתיות. שנים מאוחר יותר, הבדל הטמפרטורה היה כבר 60 מעלות.

בשנות ה -50 בפיזיקה אלמנט פלטייה ונחשבה ילר עם פריאון במקום גז אלקטרונים. זה נערך בהתאם שיקול במערכת זו. הפרמטר העיקרי - קירור יעיל, היחס בין כמות החום ליחידה זמן בתוך הצריכה לכח כי מושקע. מזגנים ומקררי אוויר פריאון מודרני דמות גדולה מאחד. בשנת 50-ies של אלמנט פלטייה היה בקושי 20%.

ההשפעה מנקודת המבט של התרמודינמיקה

אפקט פלטייה מתואר על ידי הצגת כמה אנרגיה מועברת לפי שווי מסוים של הזרם החשמלי. הבעת אותה ביחידות זמן הם מכשירים כוח, אשר נקבע על בסיס הצרכים של המקרר. היום אלמנטים חרישיים פופולריים צידניות פלטייה עבור מעבדים. צלחת קריסטל קטנה מקררת מקררת את מצנן הרדיאטור. אלמנט פלטייה משמש משאבת חום, החום מהמעבד מובטח והפריקה, מניעת התחממות יתר.

בנוסחא באיור מיועדת ידי אלפא מקדם אטומי חצאים EMF (חלקי מרכיבים) של האלמנט. T - טמפרטורת עבודה במעלות קלווין. כל רכיב הוא בדרך כלל נוכח תופעת לוואי-תומסון אם הזרם זורם דרך המנצח, ולאורך קו לו שיפוע (הבדל כיוונית) טמפרטורות תהיינה בנוסף ג'אול, לעמוד אחרות חום. האחרון נקרא על שמו תומסון. בחלקים מסוימים של שרשרת האנרגיה ייקלט. לפיכך, השפעת תומסון יש השפעה חזקה על המבצע של המחממים ומקררים. אבל זה, כאמור, בצד, גורם בלתי מוסבר.

החום המועבר על ידי אפקט תומסון, הבדלי הטמפרטורה הוא ביחס ישר את הקצוות המנצחים ותלויים הנוכחיים זורם. התופעה מתרחשת רק חומרים עם תלות מובהקת של המקדם של EMF תרמית על טמפרטורה. בחישובים כמה אפקט תומסון נחשב אפס, זה קרוב לאמת. התיאוריה התרמודינמית של תהליך השיבה ובחירת החום נחשב מנקודת המבט של שני זרמי חום:

• שטף החום, צומת בוחרת קירור, ואחריו שני תהליכים מקבילים לכת:

1. חום טפיל ידי Joule-לנץ. בתרמודינאמיקה, הוא נלקח כמו חץ התוצר של הכיכר הנוכחית של ההתנגדות. החצי השני נופל לצומת החמה.
2. חימום זרימת החום מגיע חלק חם. האם שווה להיפרש הטמפרטורה, הכפלה עם מוליכות תרמית הכוללות של הסניפים תרמו הממיר.

• בצומת החמה הם תהליכים הפוכים של השלב השני (חום הוא נסחף אל החלק המקורר) ו דומה לראשון - חום ג'אול משתחרר.

מן הניסוח מרמז כי פתרון יעיל על מנת למקסם את היעילות של הבידוד יהיה בין הצמתים. בתעשיית המוליכים למחצה, המשמש הזוג, מסוגל לייצר כוח electromotive תרמית, זרם חשמלי יש להתגבר על ההתנגדות שלה. ואנרגיות פרופורציונליות טמפרטורת הבדל ושוני מקדם חומרי EMF תרמי תלוי בזרם הגועש. האם גרפים של עקומות, ומבדל אותם כדי למצוא את לקיצון עשוי לקבל תנאים של הבדלי הטמפרטורה המרבית (בין חדר ומקרר).

הנתונים מראים את התוצאות של לקיחת המבצע נגזר מחושב זרמים אופטימליים עבור R ההתנגדות ואת להעלאת תקרת תרמי קירור השפעה. מנוסחאות אלה המסקנה היא כי המכשיר האידיאלי יקרה אם:

• המוליכות של אותו החומר תרמי.
• מוליכות התרמית של אותו החומר תרמי.
• המקדמים של כוח אלקטרומניע תרמית השווים אך הפוכים ב סימן.
• חתכים ואורכים סניפים של אותו תרמי.

כדי לממש תנאים אלה הלכה למעשה קשה. במקרה זה, הגורם המגביל הוא היחס בין טמפרטורת הקירור של צומת הקר בדל טמפרטורה. תזכיר, זהו התיאור המושלם של המכונה, במציאות, עדיין בלתי ניתן להשגה.

כיצד לייעל ילר פלטייה

דמויות הם משתנים גרפים המשפיעים על היעילות של האלמנטים פלטייה. ראשית, ברור - מקדם התרמו-EMF נוטה לאפס ככל שעלה ריכוז מוביל. זה מזכיר כי המתכות אינן נחשבים החומר הטוב ביותר לייצור תרמי. מוליכות תרמית, להיפך, מגביר. בתרמודינמיקה, הוא האמין כי זה מורכב משני רכיבים:

1. הגבישי מוליכות תרמית.
2. מוליכות תרמית אלקטרוניות. סעיד רכיב מסיבות מובנות עצמאיות של ריכוז נושאי מטען חופשיים וגורם עקומת הצמיחה שהוצג על הגרף. מוליכות התרמית של הסריג הגבישי נשארו כמעט קבועות.

חוקרים מעוניינים במוצר של הכיכר של המקדם של EMF תרמית על מוליכות חשמלית. מהשווי האמור ממוקם המונה של הביטוי עבור מקדם הביצועים. לדברי קיצון שנצפה בריכוז של ספקים חינם באזור של 10 עד 19 יחידות תואר לסמ"ק. זהו שלושה סדרי הגודל פחות מזה שנצפה המתכות הטהורות שממנו מייד אחרי למסקנה כי החומר האידיאלי עבור מוליכים למחצה יהיה פלטייה אלמנטים.

שיעור המרכיב השני יש נמוך יחסית כלפי מטה על abscissa, והותר להם לקחת את החומר ברווח זה. המוליכות החשמלית של מבודדים הוא קטן מדי, מה שמסביר את חוסר האפשרות של השימוש בהם בהקשר זה. כל זה מאפשר לך לקבוע את הסיבה לממצאים אינם נלקחים Altenkirchen ברצינות.

תורת הקוונטים להחיל את אלמנט פלטייה

תרמודינאמיקה אינה מאפשרת חישוב מדויק, אך איכותי מתארת ​​את תהליך בחירת חומרים עבור האלמנטים פלטייה. כדי לתקן את המצב, פיזיקאים קוראים על תורת הקוונטים. היא פועלת עם אותה ערכים, מבוטאים במונחים של ריכוז נושאי מטען חופשיים, הפוטנציאל הכימי, קבוע בולצמן. תאוריות כאלה נעשות נקראות גם קינטי (או מיקרוסקופי), כי זה נחשב בעולם האשלייתי ולא ידוע של חלקיקים דקים. בין השלטים נמצאים:

1. l - מהלך חופשי ממוצע של נושאי מטען. זה תלוי בטמפרטורה. התוצאה נקבעת על ידי המעריך של r מנגנון פיזור האלקטרונים (עבור סריגי האטום הוא 0; יונית וטמפרטורות מתחת דביי - 0.5; מעל דביי - 1; כאשר פיזור של יונים טומאה - 2).
2. F - פונקציית התפלגות פרמי (רמות אנרגיה).
3. x - האנרגיה הקינטית המופחתת של נושאי המטען.

אינטגרלים של הפונקציות פרמו מפורטים בטבלה, החישוב שלהם לא קשה. המשוואות של התורה המיקרוסקופית של החלטה לגבי מקדם התרמו-EMF ו המוליכות חשמליות, אשר מאפשר לך למצוא מקדם ביצועים. פעולות מורכבות אלו נעשים על ידי ה- BI דרכים צדדיות, אשר נקבע כי הערך האופטימלי של מקדם Seebeck הוא בטווח שבין 150 לבין 400 mV / K, אבל תלוי את מידת פיזור מנגנון. במבט הראשון, ברור כי הערכים עבור מתכות לא נצפו. כתוצאה מכך, קבוצה של פיזיקאים בראשות יופה הראו כי החומר הטוב ביותר עבור צמדים חייב לספק מספר תנאים:

1. היחס המקסימאלי של ניידות אל מקדם מוליכות תרמית של הסריג הגבישי.
2. ריכוז המוביל על פי הנוסחה באיור.

סמנכ"ל Zhuze מציין איזה חומרים מפגינים את הניידות הרצויה. המבנה הגבישי שלהם הוא באמצע הדרך בין אטומי מתכת. המבוא של זיהומים בחומר תמיד מקטין ניידות. זה מסביר את העובדה כי מקדם התרמו-EMF של סגסוגות הוא גבוה יותר מאשר עבור חומרים טהורים. אבל העלייה של r הטומאה. החומר אידיאלי לא קיים בטבע, מקדם התרמו-EMF חייב לשמור על ערך קבוע של 172 mV / ק זה נדרש כי הריכוז משתנה כפי שניתן לראות בתרשים (ראה. תביעה. 2).

האפשרות סמיקונדקטורס לבחור חומרים שונים, בהם ריכוז המוביל תלוי בטמפרטורה, ולחפש בהם את ההבדל הוא כמעט אפס. בשל שילוב של איכויות אלה עשויים לנסות למצוא את הקרוב ביותר חומר אידיאלי.

בניית מקררים

כדי לשפר את האלמנטים אפקט פלטייה משולבים במקביל. עם זאת, כוחם לקפל. על מנת לבנות המקררים שלהם צריך להיות מודע חישוב אובדן חום דרך המבנה מישוריים. מחשבונים מיוחדים שנוצרו, רבים זמין באופן מקוון.

עוסק בעיצוב נח אקראי מסיבות מובנות. והחדשות הטובות הן כי האלמנטים פלטייה זולים משמעותיים בשנים האחרונות. עלי-אקספרס מוצרים רכישה מסין 60 וואט עבור 300 רובל. לא קשה לראות כי במהלך 3000 ניתן להרכיב מקרר. ומה יהיה לשמור על הטמפרטורה תלויה בעיצוב מחייב חישוב.