Peltier Element

Et Peltier-element er en elektrisk enhet som under påvirkning av en elektrisk strøm genererer en temperaturforskjell på arbeidsplasser. Handlingsprinsippet er den motsatte effekten av Seebeck. Det er bemerkelsesverdig at det er akseptert å kalle termokoblingens klemklemmer, så vel som den virkelige krysset av metaller i følsomt sted for sensoren. Du bør ikke bli villedet, endene er vanligvis koblet til målekretsen og berører ikke.

Effekter av termoelektrisitet

21. juli 1820 regnes som et vendepunkt i utviklingen av historien: Oersted bestemte seg for å publisere sine observasjoner om effekten av den nåværende bærende ledningen på orienteringen av magnetnålen i rommet. Ytterligere funn følger en rekkefølge, vi er interessert i oppfinnelsen av det første galvanometeret. Produsenten, Schweigger, kalte enheten en multiplikator for sin evne til å multiplisere resultatet av virkningen av flere svinger av ledningsbærende strøm på en magnetisk nål. På grunn av dette, et år senere( 1821), oppdaget en fysiker av estisk opprinnelse, Seebeck, termoelektrisitet. Det er velkjent at det som skjedde skjedde fem år senere til George Ohm for å få en verdensberømt lov.

Litteraturen sier at Seebeck brukte en solenoid med mange svinger av ledning og en magnetisk nål som detektor. Historien er stille, da vismut-antimon-spissen slo forskeren, men det forteller at forskeren forbinder tandemet som en strømkilde og så kompassoscillasjonene hele tiden når han tok termoelementet i hendene. Det var sannsynligvis nær oppdagelsen av sine egne supernormale evner, men som følge heraf konkluderte han med at varmen av hendene hans var skylden. Gode ​​resultater, forskeren har oppnådd, ved å bruke en belysningslampe som varmekilde.

Seebeck misforstod resultatet av forsøket, kalt oppdagelsesmagnetisk polarisasjon: Skifting av oppvarmingspunktet til den andre enden endret retningen for pilens avbøyning. Som et resultat ble feil teori bygget. De begynte å hevde at temperaturen gjør det mulig å direkte oppnå magnetiske egenskaper, og jordens felt skyldes aktiviteten av vulkaner. Georg Ohm, allerede kort etter oppdagelsen, brukte termo-emf til å utlede en kjent lov, og i 1831 ble en lignende kilde brukt i elektrolyseforsøk.

Termo-emf-verdien er liten. Vanligvis titalls mV.Hvis du vil finne en bestemt verdi, bruk tabellene. Platina er referansepunktet for temperaturer i jordens klimaområde. Tabellene inneholder verdien av termo-emf for termoelementer fra spesifisert metall og de studerte: kromel, aluminium, kobber, jern. Verdiene er positive og negative. For antimon er det for eksempel +4,7 mV, og for vismut - minus 6,5.Verdiene legger til og det blir klart at når temperaturforskjellen i enden av et par 100 graders EMF dannes ved 12,2 mV.Georg Om forsøkte å skape lignende forhold ved å nedsenke den første enden i is og den andre i kokende vann.

Referansetabeller inneholder noen ganger mange verdier. For eksempel, for forskjellige temperaturer i trinn på 100 grader. Da er det mulig å beregne verdiene for hver, men også med substitusjonen av null for noen av de angitte temperaturene. Forskjellen mellom større og mindre verdi er tatt. For individuelle termoelementer ved en bestemt temperatur, endres retningen av termo-emf til motsatt. For eksempel for kobber og jern vil grensepunktet være 540 grader Celsius.

Peltier Effect

Peltier-effekten kalles speilrefleksjon av termoelektrisitet. I dette tilfellet er de nåværende overføringene varme fra den første enden av termoelementet til den andre. Og med en retningsendring og den oppvarmede siden vender motsatt. Effekten ble oppdaget i 1834, etter å ha blitt feilfortolket. Bare 4 år senere klarte "landsmannen" Lenz å fryse og fordampe en dråpe vann ved hjelp av et termoelement. I hvert tilfelle viste strømmen sin egen retning.

Effekten er bare forklart i moderne fysikk. Anta at det er to forskjellige halvledere med samme type ledningsevne. Elektronene i hver skaffer seg en annen verdi av energi, og nivåene i begge tilfeller er nært. Forestill deg nå at den elektriske strømmen begynte å overføre avgifter fra ett medium til et annet. Hva skjer? Elektroner med høy energi, som er i miljøet av lave nivåer, vil gi et ekstra beløp til krystallgitteret, som produserer oppvarming. Tvert imot, hvis energien ikke er nok, vil den bli overført fra krystallgitteret, som vil føre til kjøling av krysset.

Hvis konduktivitetstypen for halvledere i et termoelement ikke er det samme, forklares effekten forskjellig. Et elektron som går inn i p-materialet, finner sted for et hull( positiv ladetransportør) på energinivået. Som et resultat, mister den den kinetiske energien til bevegelse og forskjellen mellom nåværende og siste tilstand. Den frigjorte mengden går til dannelsen av frie bærere på begge sider av pn-krysset. Resten blir rapportert til krystallgitteret, hvorfra oppvarmingen fortsetter. Hvis energien ved begynnelsestidspunktet er mindre, vil kjøling av krysset begynne. Rekombineringsmedier fylles på igjen av strømkilden.

Mengden varme som frigjøres eller absorberes er proporsjonal med ladningen som passerer gjennom lederen. Koeffisienten i formelen for lineær avhengighet heter Peltier. En tilsvarende verdi er introdusert for termoelektrisitet, oppkalt etter Seebeck. Fra formelen følger det at mengden frigitt varme, i motsetning til Joule-Lenz-effekten, er proporsjonal med den første graden av elektrisk strøm( bestemmelse av overført ladning).

Thomson effekt

Basert på Seebeck- og Peltier-koeffisientene, forutse Lord Kelvin( Thomson) en ny effekt i 1856: lederen oppvarmet i midten avkjøles på den ene siden og passerer varm på den andre. Teoretiske data bekreftes empirisk, og åpner veien for etableringen av klimateknologi og andre ting.

Ideen til Lord Thomson: Hvis det er en temperaturgradient langs lederen( se Elektrisk felt), vil varmen begynne å strømme når strømmen strømmer. Denne enheten fungerer på grunn av varmepumpens prinsipp. Kraften som bæres, er proporsjonal med gradienten: Jo brattere temperaturgrafen endres langs lederlengden, desto større er termisk effekt manifestert.

Proportionalitetskoeffisienten i formelen er oppkalt etter Thomson og er knyttet til termoelektrisitet og Peltier-koeffisienter. Ovenfor ga forfatterne forklaringer i henhold til den kinetiske( mikroskopiske) teorien, som opererer med nivåer av energistatus for ladetransportører. Lord Kelvin fulgte det termodynamiske( makroskopiske) konseptet der globale strømmer og krefter tas i betraktning. Dette skillet gjelder for mange grener av fysikk. For eksempel kan Ohms lov for en kjedeseksjon betraktes som en variant av en termodynamisk syn på ting.

Kalt og likheter. I det termodynamiske konseptet anvendes følgende konstanter massivt: tale om termisk ledningsevne koeffisient( Fourier lov) og isotermisk ledningsevne( Ohms lov).

Konsekvenser av

En rekke nyttige lover relatert til emnet som diskuteres:

1. I en lukket krets av et homogent materiale på grunn av temperatur, kan elektrisk strøm ikke opprettholdes. Denne uttalelsen heter navnet på den tyske fysikeren Magnus. Noen ganger referert til som lov av en homogen kjede.
2. Loven i mellommetaller sier at den algebraiske summen av termoelemf av en lukket sløyfe bestående av et hvilket som helst antall segmenter av heterogene ledende materialer er null, forutsatt at temperaturen av seksjonene er den samme.

Ved hjelp av termoelektriske og elektrotermiske effekter

I lang tid fant den direkte og inverse termoelektriske effekten ikke søknad, bruken viste seg å være for liten. Gradvis har fysikere laget legeringer hvis egenskaper overlapper de rene metaller som brukes av Peltier og Lenz med to størrelsesordener. Nå brukes termoelektrisitet. Husk kjøleskapstermostat eller termoelektriske kjøleskap uten bevegelige deler. Romindustrien er mye mer interessant, hvor fenomenet brukes til å avkjøle fotoresistorer: Når temperaturen faller bare 10 grader, øker følsomheten til slike sensorer med en størrelsesorden.

En ekstra fordel med de beskrevne tekniske løsningene er kompaktitet og lavt energiforbruk: med en vekt på 150 g kjøler enheten termistoren med 50-60 grader. I forbrukerelektronikk støtter Peltier-effekten den normale modusen for prosessorer i systemenheten til personlige datamaskiner. Ja, det er verdt den tekniske løsningen er ikke billig, men lydløshet er garantert. For eksempel entusiaster fra 2010s design kjøleskap hjemme. Høy effektivitet kan ikke oppnås på grunn av store tap gjennom kroppen. Men med tilkomsten av nye isolerende byggematerialer, vil situasjonen bli bedre.

Interessant, når retningen av den elektriske strømmen endres, begynner effekten å virke i motsatt retning. Oppvarming er mulig. På grunnlag av de beskrevne effektene opprettes termostater som overvåker temperaturen til tusendeler av en grad. Blant de lovende områdene, feire husholdnings klimaanlegg og andre kjølesystemer. Den mest merkbare ulempen er prisen. Og vi må ikke glemme at effektiviteten til klimaanlegget som regel er større enn 1, fungerer denne enheten på grunnlag av en varmepumpe. La effektiviteten synke skarpt med økende omgivelsestemperatur, mens termoelementer ligger langt bak tradisjonelle kjølemetoder med 10%.

Skriv ut andre meninger. Akademiker Ioffe, noen av disse er brukt i ovennevnte emne, foreslått å skape systemer for oppvarming og kjølerom som delingssystemer. I dette tilfellet oppstår en komplikasjon, som med typiske balsam, men effektiviteten når 200%.Betydning: Under oppvarming er for eksempel et varmeabsorberende veikryss plassert utenfor, og det utviklende krysset er plassert innendørs. Det er ikke lett å svinge varmen ut av kulde, fordi teknikken har begrensninger. Det er imidlertid ikke forbudt å lage varmepumper på grunnlag av denne metoden.

De ubetingede fordelene ved klimasystemer som bruker Peltier-elementet inkluderer evnen til å jobbe i motsatt retning. Om sommeren blir ovnen luftkondisjonert. Det er bare nødvendig å endre retningen for strømmen. Kjente motsatte utviklinger, designet for å konvertere solvarme til elektrisk energi. Men mens slike design er laget på grunnlag av silisium, og det er ikke noe sted for termoelementer.

Materialer for å lage termoelementer

Vanligvis er vanlige metaller ikke egnet for å skape kraftige systemer. Krever et par strøm fra 100 μV til 1 grad. I sistnevnte tilfelle oppnås høy effektivitet. Materialene er legeringer av vismut, antimon, tellur, silisium, selen. Ulempene ved komponentene inkluderer fragiliteten og relativt lav driftstemperatur. Lav effektivitet legger til begrensninger, men med innføringen av nanoteknologi er det håp om at det vanlige rammene vil bli overvunnet. Forskere blant lovende områder kalt utviklingen av en fundamentalt ny halvlederbase med virkelig unike egenskaper, inkludert den eksakte verdien av energinivåene av materialer.