Peltier Element

„Peltier“ elementas yra elektrinis įrenginys, kuris, veikdamas elektros srovės, sukuria temperatūros skirtumą darbo vietose. Veikimo principas yra priešingas Seebecko efektas. Pažymėtina, kad priimama termoporos jungčių terminalai, taip pat tikrasis metalų susikirtimas jautrioje jutiklio vietoje. Jūs neturite būti klaidinami, galai paprastai prijungiami prie matavimo grandinės ir nelieskite.

Termoelektrinio poveikio

poveikis 1820 m. Liepos 21 d. Laikomas posūkiu istorijos raidoje: Oerstedas nusprendė paskelbti savo pastabas dėl srovės laido poveikio magnetinės adatos orientacijai erdvėje. Tolimesni atradimai seka vienas po kito, esame suinteresuoti pirmojo galvanometro išradimu. Gamintojas „Schweigger“ prietaisą pavadino daugikliu, leidžiančiu daugintis daugelio laidų, esančių srovėje, laidų magnetinio adatos veikimo rezultatą.Dėl to, po metų( 1821 m.), Estijos kilmės fizikas Seebeckas atrado termoelektrinį.Gerai žinoma, kad tai, kas nutiko praėjus penkeriems metams po to, kai George Ohm gavo pasaulinio garso įstatymą.

Literatūroje teigiama, kad Seebeck naudojo solenoidą su daugybe laidų ir magnetinės adatos apsisukimų.Istorija yra tyli, nes bismuto-antimono smaigalys nukentėjo į mokslininką, tačiau jis sako, kad mokslininkas sujungė tandemą kaip energijos šaltinį ir nuolat matė kompaso virpesius, kai jis paėmė savo rankas termopora. Tai tikriausiai buvo artimas jo paties viršūniškų sugebėjimų atradimui, bet dėl ​​to buvo padaryta išvada, kad kaltės rankų šiluma. Puikus rezultatas - mokslininkas pasiekė apšvietimo lempą kaip šilumos šaltinį.

Seebeck klaidingai interpretavo eksperimento rezultatą, vadindamasis magnetinio poliarizacijos atradimu: kaitinimo taško perjungimas į kitą galą pakeitė rodyklės nukreipimo kryptį.Todėl buvo sukurta neteisinga teorija. Jie pradėjo tvirtinti, kad temperatūra leidžia tiesiogiai gauti magnetines savybes, o žemės laukas yra dėl ugnikalnių veiklos. Georg Ohm, netrukus po aprašyto atradimo, taikė termo-emfą, kad gautų žinomą įstatymą, o 1831 m. Panašus šaltinis buvo naudojamas elektrolizės eksperimentuose.

Termo-emf vertė yra maža. Paprastai dešimtys mV.Jei norite rasti konkrečią vertę, naudokite lenteles.„Platinum“ yra žemėje esančių klimato temperatūrų etalonas. Lentelėse yra termo-emf vertė termoporoms iš nurodyto metalo ir tiriamasis: chromelis, alumelis, varis, geležis. Vertės yra teigiamos ir neigiamos. Pavyzdžiui, antimonui jis yra +4,7 mV, o bizmutui - minus 6,5.Vertės prideda ir tampa aišku, kad kai temperatūros skirtumas 100 laipsnių EMF poros galuose susidaro esant 12,2 mV.Georg Om bandė sukurti panašias sąlygas panardindamas pirmąjį galą į ledą ir antrą į verdantį vandenį.

atskaitos lentelių poveikis kartais turi daug vertybių.Pavyzdžiui, skirtingoms temperatūroms 100 laipsnių žingsniu. Tada galima apskaičiuoti kiekvienos vertes, bet taip pat ir nulio pakeitimą bet kuriai iš nurodytų temperatūrų.Skiriamas skirtumas tarp didesnės ir mažesnės vertės. Atskiroms termoporoms tam tikroje temperatūroje termo-emf kryptis kinta į priešingą pusę.Pavyzdžiui, vario ir geležies ribinis taškas bus 540 laipsnių Celsijaus.

Peltier efektas

Peltier efektas vadinamas termoelektrumo veidrodžio atspindžiu. Tokiu atveju srovė perduoda šilumą nuo termoporos pirmojo galo iki antrojo. Ir pasikeitus krypčiai, o šildoma pusė - priešingai. Poveikis buvo aptiktas 1834 m. Tik po 4 metų „tautietis“ Lenzas įšaldė ir išgarino vandens lašą, naudodamas termoporą.Kiekvienu atveju srovė parodė savo kryptį.

Poveikis tiesiog paaiškinamas šiuolaikinėje fizikoje. Tarkime, yra du skirtingi puslaidininkiai, turintys tokį patį laidumą.Kiekvieno elektrono energija yra kitokia, o abiejų atvejų lygiai yra artimi. Dabar įsivaizduokite, kad elektros srovė pradėjo perkelti mokesčius iš vienos terpės į kitą.Kas atsitiks? Elektronai, turintys didelę energiją, būdami žemo lygio aplinkoje, suteiks papildomą kiekį kristalų grotelėms, gaminančioms šildymą.Priešingai, jei energijos nepakanka, jis bus perkeltas iš kristalinės grotelės, kuri sukels sankryžos aušinimą.

Jei puslaidininkių laidumo tipas termoporoje nėra tas pats, poveikis paaiškinamas skirtingai. Elektronas, įeinantis į p-medžiagą, užima angą( teigiamą įkrovos laikiklį) energijos lygiu. Todėl jis praranda kinetinę judėjimo energiją ir skirtumą tarp dabartinės ir praeities. Išleistas kiekis eina į laisvų nešiklių susidarymą abiejose pn-sankryžos pusėse. Likusi dalis pranešama kristalinės grotelės, iš kurios gaunamos šildymo, atžvilgiu. Jei pradinės energijos energija yra mažesnė, prasidės jungties aušinimas. Rekombinacinę terpę papildo maitinimo šaltinis.

Išleistas arba sugeriamas šilumos kiekis yra proporcingas laidininkui tekančiam įkrovimui. Linijinės priklausomybės formulės koeficientas vadinamas Peltier. Panaši reikšmė įvesta termoelektrumui, pavadintam „Seebeck“.Iš formulės darytina išvada, kad išlaisvintos šilumos kiekis, priešingai nei „Joule-Lenz“ efektas, yra proporcingas pirmajam elektros srovės laipsniui( nustatant perduotą krūvį).

Thomson efektas

Remdamasi Seebeck ir Peltier koeficientais, Lordas Kelvinas( Thomson) 1856 m. Prognozavo naują efektą: centre šildomas laidininkas vienoje pusėje atvėsina, o kitas - karštas. Teoriniai duomenys patvirtinami empiriškai, atveriant kelią klimato technologijų ir kitų dalykų kūrimui.

Viešpaties Thomson idėja: jei tarp laidininko yra temperatūros gradientas( žr. „Elektrinis laukas“), šiluma pradės tekėti, kai teka srovė.Šis prietaisas veikia pagal šilumos siurblio principą.Perduota galia yra proporcinga gradientui: tuo didesnis temperatūros svyravimo grafikas išilgai laidininko ilgio, tuo didesnis šiluminis efektas.

Proporcingumo koeficientas formulėje yra pavadintas Thomson ir yra susijęs su termoelektriniu ir Peltier koeficientais. Viršuje autoriai pateikė paaiškinimus pagal kinetinę( mikroskopinę) teoriją, kuri veikia su įkrovimo nešėjų energijos būsenomis. Viešpats Kelvinas laikėsi termodinaminės( makroskopinės) koncepcijos, kurioje atsižvelgiama į pasaulinius srautus ir jėgas.Šis skirtumas taikomas daugeliui fizikos šakų.Pavyzdžiui, Ohmo įstatymas grandininei sekcijai gali būti laikomas termodinaminio požiūrio į daiktus vaizdu.

vadinamas ir panašumai. Termodinaminėje koncepcijoje masyviai taikomos šios konstantos: kalba apie šilumos laidumo koeficientą( Fourier įstatymą) ir izoterminis laidumas( Ohm įstatymas).

pasekmės Daug naudingų įstatymų, susijusių su aptariama tema:

1. Uždaroje homogeninės medžiagos grandinėje dėl temperatūros negalima išlaikyti elektros srovės.Šis pareiškimas yra pavadintas vokiečių fiziko Magnus. Kartais vadinama homogeninės grandinės teise.
2. Tarpinių metalų įstatymas nurodo, kad uždarojo ciklo termo-emfo suma, sudaryta iš bet kokio skaičiaus heterogeninių laidžių medžiagų segmentų, yra lygi nuliui, jei sekcijų temperatūra yra tokia pati.

naudojant termoelektrinius ir elektroterminius efektus

Ilgą laiką tiesioginis ir atvirkštinis termoelektrinis efektas nerado taikymo, naudinga vertė pasirodė per maža. Palaipsniui fizikai sukūrė lydinius, kurių savybės sutampa su grynais metalais, kuriuos naudojo Peltier ir Lenz. Dabar taikomas termoelektrumas. Prisiminkite šaldytuvo termostatą arba termoelektrinius šaldytuvus be judančių dalių.Kosmoso pramonė yra daug įdomesnė, kai reiškinys naudojamas fotorezistorių atvėrimui: kai temperatūra nukrenta tik 10 laipsnių, tokių jutiklių jautrumas didėja didėjimo tvarka.

Papildomas aprašytų techninių sprendimų privalumas yra kompaktiškumas ir mažas energijos suvartojimas: 150 g svorio įrenginys termistorių atvėsina 50-60 laipsnių.Vartojimo elektronikoje „Peltier“ efektas palaiko normalų procesorių režimą asmeninių kompiuterių sistemos bloke. Taip, verta vertinti, kad techninis sprendimas nėra pigus, bet triukšmas yra garantuotas. Pavyzdžiui, 2010 m. Mėgėjai mėgsta šaldytuvus namuose. Didelio našumo negalima pasiekti dėl didelių nuostolių per kūną.Tačiau su naujų izoliacinių statybinių medžiagų atsiradimu situacija pagerės.

Įdomu tai, kad kai keičiasi elektros srovės kryptis, poveikis pradeda veikti priešinga kryptimi. Galimas šildymas. Remiantis aprašytais efektais, sukuriami termostatai, stebintys temperatūrą iki tūkstančio laipsnių.Tarp perspektyvių sričių švęsti buitinius oro kondicionierius ir kitas aušinimo sistemas. Labiausiai pastebimas trūkumas yra kaina. Ir mes neturime pamiršti, kad oro kondicionieriaus efektyvumas paprastai yra didesnis nei 1, šis įrenginys veikia pagal šilumos siurblio principą.Padidinkite efektyvumą, didėjant aplinkos temperatūrai, o termoporos yra gerokai atsiliekančios nuo tradicinių aušinimo metodų su 10%.

Išreikškite kitas nuomones. Akademikas Ioffas, kurio kai kurios maksimalios sumos naudojamos pirmiau minėtoje temoje, pasiūlė sukurti patalpų šildymo ir vėsinimo sistemas kaip atskirtas sistemas. Tokiu atveju atsiranda komplikacija, kaip ir tipiniai kondicionieriai, tačiau efektyvumas siekia 200%.Reikšmė: šildymo metu, pvz., Užsandarinta šilumos sugeriamoji jungtis, o besivystanti jungtis patalpinama patalpoje. Nėra lengva atšaldyti šilumą iš šalčio, nes technika turi apribojimų.Tačiau pagal šią metodiką draudžiama kurti šilumos siurblius.

Besąlygiški klimato sistemų, naudojančių Peltier elementą, privalumai yra gebėjimas dirbti priešinga kryptimi. Vasarą viryklė taps oro kondicionieriumi. Būtina keisti tik srovės srauto kryptį.Žinomi priešingi pokyčiai, skirti saulės šilumai paversti elektros energija. Bet nors tokie dizainai yra pagaminti remiantis siliciu, ir nėra vietos termoporoms.

Medžiagos termoporoms kurti

Akivaizdu, kad įprastiniai metalai netinka kurti galingas sistemas. Reikalauja poros galios nuo 100 µV iki 1 laipsnio. Pastaruoju atveju pasiekiamas didelis efektyvumas. Medžiagos yra bismuto, antimono, tellūro, silicio, seleno lydiniai. Komponentų trūkumai yra trapumas ir santykinai maža darbo temperatūra. Mažas efektyvumas suteikia apribojimų, tačiau, įvedus nanotechnologijas, tikimės, kad įprasta sistema bus įveikta. Daug žadančių sričių mokslininkai vadino iš esmės naują puslaidininkių bazę, turinčią tikrai unikalias savybes, įskaitant tikslią medžiagų energijos lygių vertę.