Peltier אלמנט

אלמנט Peltier הוא מכשיר חשמלי אשר, בהשפעת זרם חשמלי, יוצר הפרש טמפרטורה באתרי עבודה.עקרון הפעולה הוא ההשפעה ההפוכה של Seebeck.ראוי לציין כי הוא התקשר להתקשר מסופי צומת של תרמי, כמו גם את צומת האמיתי של מתכות במקום הרגיש של החיישן.אתה לא צריך להיות שולל, הקצוות מחוברים בדרך כלל מעגל המדידה לא לגעת.

ההשפעות של Thermoelectricity

21 יולי 1820 נחשב נקודת מפנה בהתפתחות ההיסטוריה: Oersted החליט לפרסם את התצפיות שלו על ההשפעה של חוט נושאת הנוכחי על הכיוון של המחט המגנטית בחלל.תגליות נוספות בעקבות רצף, אנו מעוניינים המצאת הגלונומטר הראשון.היצרן, שווייגר, כינה את המכשיר מכפיל על יכולתו להכפיל את התוצאה של הפעולה של מספר סיבובים של חוט נושא הנוכחי על מחט מגנטית.עקב כך, שנה לאחר מכן( 1821), פיזיקאי ממוצא אסטוני, Seebeck, גילה thermoelectricity.זה ידוע כי מה שקרה קרה חמש שנים מאוחר יותר כדי ג 'ורג' אוהם כדי לקבל חוק המפורסם בעולם.

הספרות אומרת כי Seebeck השתמשו סולנואיד עם סיבובים שונים של חוט ומחט מגנטית כגלאי.הסיפור שותק, כמו ספייק ביסמוט אנטימון להכות את המדען, אבל זה אומר כי המדען קשר את טנדם כמקור כוח וראה את תנודות המצפן כל הזמן כאשר הוא לקח את תרמי בידיו.זה היה קרוב קרוב לגילוי היכולות העל-טבעיות שלו, אבל כתוצאה מכך הגיע למסקנה כי החום של הידיים הוא אשם.תוצאות מצוינות, המדען השיגה, באמצעות מנורת תאורה כמקור חום.

Seebeck פירש שלא כהלכה את התוצאה של הניסוי, וקרא את הקיטוב המגנטי מגלה: העברת נקודת החימום לקצה השני שינתה את כיוון הסטייה החץ.כתוצאה מכך נבנתה התיאוריה הלא נכונה.הם החלו לטעון כי הטמפרטורה מאפשרת להשיג ישירות תכונות מגנטיות, ואת השדה של כדור הארץ נובע מפעילות הרי געש.גאורג אוהם, שכבר זמן קצר לאחר התגלית המתוארת, יישם תרמו-אמף כדי להפיק חוק ידוע, ובשנת 1831 נעשה שימוש דומה בניסויי אלקטרוליזה.

הערך Thermo-EMF הוא קטן.בדרך כלל עשרות mV.אם אתה רוצה למצוא ערך מסוים, השתמש בטבלאות.פלטינום הוא אמת המידה לטמפרטורות בטווח האקלים של כדור הארץ.הלוחות מכילים את הערך של thermo-emf עבור צמדים תרמיים מן המתכת שצוין ואת למד: כרום, אלומל, נחושת, ברזל.הערכים חיוביים ושליליים.לדוגמה, עבור אנטימון הוא +4.7 mV, ועל ביסמוט - מינוס 6.5.הערכים מסתכמים ומתברר שכאשר ההבדל בטמפרטורה בקצה של 100 מעלות EMF נוצר ב 12.2 mV.גאורג אום ניסה ליצור תנאים דומים על ידי טבילה את הקצה הראשון בקרח והשני במים רותחים.

טבלאות התייחסות לפעמים מכילים ערכים רבים.לדוגמה, לטמפרטורות שונות במרווחים של 100 מעלות.אז ניתן לחשב את הערכים עבור כל אחד, אבל גם עם החלפה של אפס עבור כל הטמפרטורות המפורטות.ההבדל בין הערך גדול יותר קטן נלקח.עבור צמדים תרמיים בודדים בטמפרטורה מסוימת, הכיוון של התרמו- emf משתנה להיפך.לדוגמה, עבור נחושת וברזל, נקודת הגבול תהיה 540 מעלות צלזיוס.

אפקט פלטייר

אפקט פלטייר נקרא השתקפות המראה של thermoelectricity.במקרה זה, העברות הנוכחי חום מן הקצה הראשון של תרמי לשני.ועם שינוי כיוון והצד המחומם פונה להיפך.האפקט התגלה ב -1834, לאחר שהתפרש לא נכון.רק כעבור 4 שנים הצליח "לנץ" לנץ להקפיא ולהאייד טיפת מים באמצעות תרמי.בכל מקרה, הזרם הראה כיוון משלו.

אפקט פשוט מוסבר בפיסיקה המודרנית.נניח שיש שני מוליכים למחצה שונים עם אותו סוג של מוליכות.האלקטרונים בכל אחד מהם מקבלים ערך שונה של אנרגיה, והרמות בשני המקרים קרובות.עכשיו דמיינו שהזרם החשמלי החל להעביר מטענים ממדיום אחד למשנהו.מה יקרה?אלקטרונים עם אנרגיה גבוהה, להיות בסביבה של רמות נמוכות, ייתן כמות נוספת על גביש קריסטל, לייצר חימום.להיפך, אם האנרגיה אינה מספיקה, היא תועבר מסריג הבדולח, דבר שיגרום לצינון הצומת.

אם סוג מוליכות המוליכים למחצה בצמד תרמי אינו זהה, ההשפעה מוסברת אחרת.אלקטרון הזנת חומר p לוקח את המקום של חור( נשא תשלום חיובי) ברמת האנרגיה.כתוצאה מכך, הוא מאבד את האנרגיה הקינטית של התנועה ואת ההבדל בין המצב הנוכחי לבין העבר.כמות משוחרר הולך להיווצרות של נשאים חינם משני צידי pn צומת.השאר הוא דיווח על גביש קריסטל, שממנו נובע ההסקה.אם האנרגיה ברגע ההתחלתי תהיה פחות, יתחיל הקירור של הצומת.התקשורת רקומבינציה מתחדש על ידי מקור הכוח.

כמות החום ששוחררה או נספגת היא יחסית לטעינה העוברת דרך המנצח.המקדם בנוסחה של תלות ליניארית נקרא Peltier.ערך דומה הוא הציג עבור thermoelectricity, על שמו של Seebeck.מהנוסחה עולה כי כמות החום המשתחרר, בניגוד לאפקט ג'ול-לנץ, עומדת ביחס למדרגה החשמלית הראשונה( קביעת המטען המועבר).

אפקט Thomson

בהתבסס על מקדמי Seebeck ו- Peltier, ניבא לורד קלווין( Thomson) אפקט חדש בשנת 1856: המנצח המחומם במרכז מתקרר בצד אחד ועובר על חם.הנתונים התיאורטיים מאושרים באופן אמפירי, פותחים את הדרך ליצירת טכנולוגיות אקלים ודברים אחרים.

הרעיון של לורד תומסון: אם יש שיפוע הטמפרטורה לאורך המנצח( ראה שדה חשמלי), החום יתחיל לזרום כאשר הזרם הנוכחי.מכשיר זה פועל על העיקרון של משאבת חום.הכוח שנשא הוא פרופורציונלי לשיפוע: ככל שתרמת הטמפרטורה משתנה יותר לאורך אורך המוליך, כך מתגלה ההשפעה התרמית.

מקדם המידתיות בנוסחה נקרא על שמו של תומסון ומשויך לתרמואלקטריות ולמקדמים של פלטייר.מעל, הסופרים נתנו הסברים על פי התיאוריה הקינטית( המיקרוסקופית), הפועלת עם רמות אנרגיה של מדינות מובילי מטען.לורד קלווין דבק בתפיסה התרמודינמית( המקרוסקופית), שבה נלקחים בחשבון הזרמים והכוחות הגלובליים.הבחנה זו חלה על ענפי פיזיקה רבים.לדוגמה, חוק אוהם עבור קטע שרשרת יכול להיחשב כגרסה של תצוגה תרמודינמית של דברים.

התקשר הדמיון.בתפיסה התרמודינמית, הקבועים הבאים מיושמים באופן מאסיבי: דיבור על מקדם מוליכות תרמית( חוק פורייה) ומוליכות איזותרמית( חוק אוהם).

ההשלכות של

מספר חוקים שימושיים הקשורים לנושא הנדון:

1. במעגל סגור של חומר הומוגני עקב טמפרטורה, לא ניתן לשמר את הזרם החשמלי.הצהרה זו נושאת את שמו של הפיזיקאי הגרמני מגנוס.לפעמים מכונה חוק של שרשרת הומוגנית.
2. החוק של מתכות ביניים קובע כי הסכום האלגברי של thermo-emf של לולאה סגורה המורכב מכל מספר של קטעים של חומרים מוליכים הטרוגניים הוא אפס ובלבד טמפרטורת הסעיפים זהה.

שימוש באפקטים תרמואלקטריים ואלקטרו-תרמיים

במשך זמן רב, ההשפעה התרמו-אלקטרית הישירה וההופכת לא נמצאה ביישום, הערך המועיל התברר כקטן מדי.בהדרגה, פיסיקאים יצרו סגסוגות אשר תכונותיהם חופפות את המתכות הטהורות המשמשות את פלטייר ולנץ בשני סדרי גודל.עכשיו thermoelectricity מוחל.נזכיר את המקרר תרמוסטט או מקררים thermoelectric ללא חלקים נעים.תעשיית החלל היא הרבה יותר מעניינת, שבה התופעה משמשת לקירור photoresistors: כאשר הטמפרטורה יורדת רק 10 מעלות, הרגישות של חיישנים כאלה מגדילה בסדר גודל.

יתרון נוסף של הפתרונות הטכניים המתוארים הוא קומפקטיות וצריכת אנרגיה נמוכה: עם משקל של 150 גרם, היחידה מקררת את התרמיסטור ב 50-60 מעלות.בתחום האלקטרוניקה, האפקט Peltier תומך במצב הרגיל של המעבדים ביחידת המערכת של מחשבים אישיים.כן, זה שווה את הפתרון הטכני הוא לא זול, אבל ללא רעש מובטחת.לדוגמה, חובבי מקררים עיצוב 2010 בבית.יעילות גבוהה לא ניתן להשיג עקב הפסדים גדולים דרך הגוף.אבל עם כניסתו של חומרי בניין בידוד חדש, המצב ישתפר.

מעניין, כאשר כיוון זרם חשמלי משתנה, ההשפעה מתחילה לפעול בכיוון ההפוך.חימום אפשרי.על בסיס ההשפעות המתוארות, תרמוסטטים נוצרים כי לפקח על הטמפרטורה אלפיות של תואר.בין האזורים המבטיחים לחגוג את המזגנים המקומיים ומערכות קירור אחרות.החיסרון הבולט ביותר הוא המחיר.ואל לנו לשכוח כי היעילות של המזגן, ככלל, הוא גדול מ 1, יחידה זו פועלת על העיקרון של משאבת חום.תנו את היעילות ירידה חדה עם טמפרטורת הסביבה הגוברת, בעוד צמדים תרמיים הם הרבה מאחורי שיטות הקירור המסורתית עם 10% שלהם.

Express דעות אחרות.האקדמיה יופה, שמקצתם משמשים בנושא הנ"ל, הציעה ליצור מערכות לחדרי חימום וקירור כמערכות מפוצלות.במקרה זה, סיבוך עולה, כמו עם מזגנים טיפוסי, אבל היעילות מגיעה 200%.משמעות: במהלך חימום, למשל, צומת סופג חום ממוקם בחוץ, ואת צומת המתפתח ממוקם בתוך הבית.זה לא קל להניף את החום מתוך הקור, כי הטכניקה יש מגבלות.עם זאת, לא ניתן ליצור משאבות חום על בסיס מתודולוגיה זו.

היתרונות הבלתי מותנים של מערכות האקלים באמצעות אלמנט Peltier כוללים את היכולת לעבוד בכיוון ההפוך.בקיץ, התנור יהיה ממוזג.זה רק צריך לשנות את הכיוון של הזרם הנוכחי.התפתחויות מוכרות מוכרות, שנועדו להמיר חום סולארי לאנרגיה חשמלית.אבל בעוד עיצובים כאלה נעשים על בסיס של סיליקון, ואין מקום עבור צמדים תרמיים.

חומרים ליצירת צמדים תרמיים

כמובן, מתכות קונבנציונליות אינן מתאימות ליצירת מערכות רבות עוצמה.דורש זוג כוח מ 100 μV ל 1 תואר.במקרה האחרון, יעילות גבוהה מושגת.החומרים הם סגסוגות של ביסמוט, אנטימון, טלוריום, סיליקון, סלניום.החסרונות של המרכיבים כוללים את השבריריות ואת הטמפרטורה התפעולית נמוכה יחסית.יעילות נמוכה מוסיף מגבלות, אבל עם כניסתה של ננוטכנולוגיה יש תקווה כי המסגרת הרגילה יהיה להתגבר.מדענים בין אזורים מבטיחים קראו את הפיתוח של בסיס מוליכים למחצה חדש עם תכונות ייחודיות באמת, כולל הערך המדויק של רמות האנרגיה של חומרים.