Peltier Element

Peltier elements ir elektriska ierīce, kas elektriskās strāvas ietekmē darba vietās rada temperatūras starpību. Darbības princips ir pretējs Seebeck efekts. Jāatzīmē, ka ir pieņemts izsaukt termopāra savienojuma termināļus, kā arī reālo metālu krustojumu sensora jutīgajā vietā.Jūs nedrīkstat maldināt, galus parasti savieno ar mērīšanas ķēdi un nepieskarieties.

Thermoelectricity ietekme

1820. gada 21. jūlijs tiek uzskatīts par pagrieziena punktu vēstures attīstībā: Oersted nolēma publicēt savus novērojumus par strāvas vadu ietekmi uz magnētiskās adatas orientāciju telpā.Turpmākie atklājumi seko pēctecībai, mēs esam ieinteresēti pirmā galvanometra izgudrošanā.Ražotājs Schweigger šo ierīci saņēma par reizinātāju, kas apliecina tās spēju reizināt vairāku stieples pagrieziena rezultātu, kas rada strāvu uz magnētiskās adatas. Līdz ar to gadu vēlāk( 1821), Igaunijas izcelsmes fiziķis Seebeck, atklāja termoelektriku. Ir labi zināms, ka tas, kas noticis, notika piecus gadus vēlāk, lai Džordžs Oms iegūtu pasaules slaveno likumu.

Literatūrā teikts, ka Seebeck izmantoja solenoidu ar daudziem stieples pagriezieniem un magnētisko adatu kā detektoru. Stāsts ir kluss, jo bismuta-antimona smaile skāra zinātnieku, bet tas stāsta, ka zinātnieks savienoja tandēmu kā enerģijas avotu un redzēja kompasa svārstības pastāvīgi, kad viņš paņēma termopāri rokās. Iespējams, tas bija tuvu viņa paša pārpilnības spēju atklāšanai, bet rezultātā tika secināts, ka vainojama roku siltums. Lieliski rezultāti, zinātnieks ir sasniedzis, izmantojot gaismas lampu kā siltuma avotu.

Seebeck nepareizi interpretēja eksperimenta rezultātu, aicinot atklāt magnētisko polarizāciju: apsildes punkta novirzīšana uz otru galu mainīja bultiņas novirzes virzienu. Tā rezultātā tika uzbūvēta nepareiza teorija. Viņi sāka apgalvot, ka temperatūra ļauj tieši iegūt magnētiskās īpašības, un Zemes lauks ir saistīts ar vulkānu darbību. Georg Ohm jau īsi pēc aprakstītās atklāšanas piemēroja termo-emfu, lai iegūtu zināmu likumu, un 1831. gadā līdzīgu avotu izmantoja elektrolīzes eksperimentos.

Termo-emf vērtība ir neliela. Parasti desmitiem mV.Ja vēlaties atrast noteiktu vērtību, izmantojiet tabulas. Platīns ir temperatūra, ko nosaka Zemes klimata diapazons. Tabulās ir termo-emf vērtība termoelementiem no norādītā metāla un pētītais: hroms, alumels, vara, dzelzs. Vērtības ir pozitīvas un negatīvas. Piemēram, antimonam tas ir +4,7 mV un bismuta - mīnus 6,5.Vērtības palielinās, un kļūst skaidrs, ka tad, kad temperatūras starpība 100 grādu EMF pāru galos ir veidota pie 12,2 mV.Georg Om mēģināja radīt līdzīgus apstākļus, iegremdējot pirmo galu ledus, bet otro - verdošā ūdenī.

atsauces tabulu ietekme dažkārt satur daudzas vērtības. Piemēram, dažādām temperatūrām ar 100 grādu soli. Tad ir iespējams aprēķināt vērtības katram, bet arī ar nulles aizvietošanu uz kādu no norādītajām temperatūrām. Tiek ņemta atšķirība starp lielāku un mazāku vērtību. Atsevišķiem termopāriem noteiktā temperatūrā termo-emf virziens mainās pretējā virzienā.Piemēram, vara un dzelzs robežas punkts būs 540 grādi pēc Celsija.

Peltier efekts

Peltier efektu sauc par termoelektriskās spoguļattēlu.Šajā gadījumā strāva pārnes siltumu no termopāra pirmā gala līdz otrajam. Un ar virziena maiņu un apsildāmo pusi vēršoties pretējā pusē.Ietekme tika atklāta 1834. gadā, tā tika nepareizi interpretēta. Tikai četrus gadus vēlāk „tautietis” Lencam izdevās iesaldēt un iztvaicēt ūdens pilienu, izmantojot termopāri. Katrā gadījumā pašreizējais parādīja savu virzienu.

Efekts ir vienkārši izskaidrots mūsdienu fizikā.Pieņemsim, ka ir divi atšķirīgi pusvadītāji ar tādu pašu vadītspēju. Katrā elektronā tiek iegūta atšķirīga enerģijas vērtība, un līmeņi abos gadījumos ir tuvi. Tagad iedomājieties, ka elektriskā strāva sāka nodot maksas no viena nesēja uz citu. Kas notiks? Elektroni ar augstu enerģiju, kas atrodas zemā līmenī, piešķirs papildu daudzumu kristāla režģim, radot sildīšanu. Gluži pretēji, ja enerģija nav pietiekama, tā tiks pārnesta no kristāla režģa, kas izraisīs krustojuma atdzišanu.

Ja pusvadītāju vadītspējas tips termopāriem nav vienāds, efektu paskaidro citādi. Elektronam, kas nonāk p-materiālā, enerģētiskā līmenī tiek novietots caurums( pozitīvā lādiņa).Tā rezultātā tā zaudē kustības kinētisko enerģiju un atšķirību starp pašreizējo un pagātnes stāvokli. Atbrīvotā daudzums nonāk brīvo nesēju veidošanā abās pn-krustojuma pusēs. Pārējā daļa tiek ziņota kristāla režģim, no kura iegūst siltumu. Ja enerģija sākotnējā brīdī ir mazāka, sāksies krustojuma dzesēšana. Rekombinācijas mediju papildina barošanas avots.

Atbrīvotā vai absorbētā siltuma daudzums ir proporcionāls lādiņam, kas iet caur vadītāju. Koeficients lineārās atkarības formulā ir nosaukts Peltier. Līdzīga vērtība tiek ieviesta arī attiecībā uz termoelektriku, ko sauc par Seebeck. No formulas izriet, ka atbrīvotā siltuma daudzums, atšķirībā no Joule-Lenz efekta, ir proporcionāls pirmajam elektriskās strāvas līmenim( nosakot nodoto lādiņu).

Thomson efekts

Pamatojoties uz Seebeck un Peltier koeficientiem, Kungs Kelvins( Thomson) 1856. gadā paredzēja jaunu efektu: centrā centrētais direktors atdziest vienā pusē un otrā pusē karsts. Teorētiskie dati tiek apstiprināti empīriski, paverot iespēju veidot klimata tehnoloģiju un citas lietas.

Kunga Thomsona ideja: ja gar diriģentu ir temperatūras gradients( skat. Elektriskais lauks), tad, kad strāvas plūsmas, siltums sāks plūst.Šī ierīce darbojas pēc siltumsūkņa principa. Veiktā jauda ir proporcionāla gradientam: jo straujāks ir temperatūras izmaiņu grafiks gar vadītāja garumu, jo lielāka ir termiskā iedarbība.

Proporcijas koeficients formulā ir nosaukts pēc Thomson, un tas ir saistīts ar termoelektrisko un Peltier koeficientu. Iepriekš autori sniedza paskaidrojumus saskaņā ar kinētisko( mikroskopisko) teoriju, kas darbojas ar lādiņu nesēju enerģijas stāvokļa līmeņiem. Kungs Kelvins ievēroja termodinamisko( makroskopisko) koncepciju, kurā tiek ņemtas vērā globālās plūsmas un spēki.Šī atšķirība attiecas uz daudzām fizikas nozarēm. Piemēram, Ohm likumu ķēdes posmam var uzskatīt par termodinamiskā viedokļa variantu.

Called un līdzības. Termodinamiskajā koncepcijā masveidā tiek pielietotas šādas konstantes: runas par siltuma vadītspējas koeficientu( Furjē likums) un izotermisko vadītspēju( Oma likumu).

sekas Vairāki noderīgi likumi, kas saistīti ar apspriežamo tēmu:

1. Homogēnas materiāla slēgtā ķēdē temperatūras dēļ elektrisko strāvu nevar uzturēt.Šim apgalvojumam ir vācu fiziķa Magnusa vārds. Dažreiz to sauc par viendabīgas ķēdes likumu.
2. Starpproduktu likums nosaka, ka slēgtās cilpas termo-emfijas algebriskā summa, kas sastāv no jebkura heterogēno vadošo materiālu segmentu skaita, ir nulle ar nosacījumu, ka sekciju temperatūra ir vienāda.

Izmantojot termoelektriskos un elektrotermiskos efektus

Ilgu laiku tiešā un apgrieztā termoelektriskā iedarbība neatrada pielietojumu, lietderīgā vērtība izrādījās pārāk maza. Pakāpeniski fiziķi ir izveidojuši sakausējumus, kuru īpašības pārklājas ar tīriem metāliem, ko izmanto Peltier un Lenz, divos lielumos. Tagad tiek izmantota termoelektrība. Atgādiniet ledusskapja termostatu vai termoelektriskos ledusskapjus bez kustīgām daļām. Kosmosa industrija ir daudz interesantāka, ja parādība tiek izmantota, lai atdzesētu fotorezistorus: ja temperatūra pazeminās tikai 10 grādus, šādu sensoru jutīgums palielinās par lielumu.

Papildus aprakstīto tehnisko risinājumu priekšrocība ir kompaktums un zems enerģijas patēriņš: ar 150 g svaru, ierīce atdzesē termistoru par 50-60 grādiem. Patēriņa elektronikā Peltier efekts atbalsta normālu procesoru režīmu personālo datoru sistēmas blokā.Jā, ir vērts tehniskais risinājums nav lēts, bet trokšņainība ir garantēta. Piemēram, entuziasti no 2010.gada dizaina ledusskapjiem mājās. Augstu efektivitāti nevar sasniegt, pateicoties lieliem zaudējumiem caur ķermeni. Bet ar jaunu izolācijas būvmateriālu rašanos situācija uzlabosies.

Interesanti, ka, mainoties elektriskās strāvas virzienam, efekts sāk darboties pretējā virzienā.Apkure ir iespējama. Pamatojoties uz aprakstītajām sekām, tiek radīti termostati, kas kontrolē temperatūru līdz tūkstošdaļām grādu. Starp daudzsološajām jomām svinēt vietējos gaisa kondicionierus un citas dzesēšanas sistēmas. Visbūtiskākais trūkums ir cena. Un mēs nedrīkstam aizmirst, ka gaisa kondicioniera efektivitāte parasti ir lielāka par 1, šī iekārta darbojas pēc siltumsūkņa principa.Ļaujiet efektivitātei strauji samazināties, palielinoties apkārtējai temperatūrai, bet termopāri ir tālu atpaliek no tradicionālajām dzesēšanas metodēm ar 10%.

Izteikt citus viedokļus. Akadēmiķis Ioffe, kura dažos maksimālos lielumus izmanto iepriekš minētajā tēmā, ierosināja izveidot sistēmas apkures un dzesēšanas telpām kā sadalītām sistēmām.Šajā gadījumā rodas sarežģījumi, tāpat kā tipiskie kondicionieri, bet efektivitāte sasniedz 200%.Nozīme: apkures laikā, piemēram, siltuma absorbējošs mezgls tiek novietots ārpusē, un attīstās mezgls tiek novietots iekštelpās. Karstumu nav viegli pagriezt no aukstuma, jo šai tehnikai ir ierobežojumi. Tomēr, pamatojoties uz šo metodiku, nav aizliegts izveidot siltumsūkņus.

Klimatisko sistēmu, kas izmanto Peltier elementu, beznosacījumu priekšrocības ietver spēju strādāt pretējā virzienā.Vasarā krāsns būs gaisa kondicionēta. Ir nepieciešams tikai mainīt strāvas plūsmas virzienu. Zināma pretēja attīstība, kas paredzēta saules siltuma pārveidošanai par elektroenerģiju. Bet, lai gan šie dizainparaugi ir izgatavoti uz silīcija bāzes un nav vietas termopāriem.

Materiāli termoelementu veidošanai

Protams, parastie metāli nav piemēroti spēcīgu sistēmu radīšanai. Nepieciešams jaudas pāris no 100 µV līdz 1 grādam. Pēdējā gadījumā tiek panākta augsta efektivitāte. Materiāli ir bismuta, antimona, tellūra, silīcija, selēna sakausējumi. Komponentu trūkumi ietver trauslumu un relatīvi zemo darba temperatūru. Zema efektivitāte rada ierobežojumus, bet, ieviešot nanotehnoloģijas, ir cerība, ka tiks pārvarēta parastā sistēma. Daudzsološo jomu zinātnieki aicināja izstrādāt pilnīgi jaunu pusvadītāju bāzi ar patiesi unikālām īpašībām, tostarp precīzu materiālu enerģijas līmeņu vērtību.