Efekt Peltiera

Peltiera - proces do wystąpienia różnicy temperatury w dwóch różnych materiałów, przez przepuszczanie prądu elektrycznego przez nich. Po raz pierwszy wytłumaczyć akademika i wynalazca Lenz.

Dzięki

Nie możemy ignorować wdzięczności ZSRR Akademii Nauk i akademik AF Joffe dla wielkiego dzieła na rozwój termoelektryczności w ZSRR i przynosząc wyniki badań opinii publicznej.

Stosowanie

efektem Peltiera jest wykorzystywany do chłodzenia, ogrzewania można każdy przewodnik po Joule'a-Lenza. Stąd też, zjawiska są użyteczne:

1. Aby utworzyć niskiego napięcia DC i lodówki. Z możliwością ogrzewania elektrycznego, gdy zmienia polaryzację. Na zachodzie tak skonstruowane sandvichennitsy drogowego. Zimny ​​utrzymuje produkt przed zepsuciem, odwrotną polaryzacją pozwala dostarczyć produkt do stołu gorące.
2. Procesory chłodnice wnieść znaczący wkład do całkowitej emisji hałasu przez jednostki systemowej. Jeśli zastąpienie ich elementami Peltiera, czasem całkowity brak wentylatora. On nie szeleści tyle organizm pozbawiony jest potężny radiator i mocowania niezawodny (w przeciwieństwie do materiału płyty głównej).
   instagram viewer

Rozwój teorii chłodzenia

Efekt Peltiera nie przyciąga uwagę naukowców, wydawało się bezużyteczne. Otwarty w 1834 roku, zbierając kurz na bibliotekach akademickich ponad wieku przed półkach, a nie stali się pierwszymi istotnych rozwiązań technicznych w tej dziedzinie. Na przykład, Altenkirch (1911) stwierdził, niezdolność do wykorzystania systemów chłodniczych efektu Peltiera, w obliczenia oparto na wykorzystaniu czystych metali, stopów i półprzewodników, a nie.

Błędność konkluzjami niemieckiego naukowca później potwierdziła, jak wielkie znaczenie dla laboratorium Akademii Nauk półprzewodników. Przez 1950, to założona spójną teorię, co pozwoliło na dalszy od wielu lat, aby utworzyć pierwszy elektro-lodówkę. Przy stosunkowo mała wydajność 20% obniżenie temperatury urządzenia, w temperaturze 24 stopni, które w większości wystarczająco dla celów domowych przypadkach. Kilka lat później, różnica temperatur już 60 stopni.

W latach 50-tych fizycznych elementu Peltiera uważano agregatu z Freon zamiast gazu elektronowego. Jest prowadzone zgodnie z tym systemem uwagę. Głównym parametrem - wskaźnik współczynnika wydajności chłodniczej ilości ciepła w jednostce czasu na wlocie do mocy, która jest nakład na. Nowoczesne freonu klimatyzacyjne i chłodziarki liczba jest większa niż jeden. W ciągu 50-tych elementu Peltiera była prawie 20%.

Efekt z punktu widzenia termodynamiki

Efekt Peltiera jest opisane, pokazując, ile energii jest przenoszona na pewnej wartości prądu elektrycznego. Wyrażając to w jednostkach czasu to urządzenia energetyczne, które ustala się na podstawie potrzeb lodówce. Dziś popularne elementy bezgłośne chłodnice Peltiera dla procesorów. Niewielka płytka kryształów chłodzi i chłodzi chłodnicę chłodnicy. Element Peltiera służy jako pompa ciepła, ciepło z rozładowywaniem zagwarantowane CPU, zapobiegając przegrzaniu.

We wzorze na rysunku są oznaczone alfa współczynniki termo połówki SEM (elementów składowych) elementu. T - temperatura pracy w stopniach Kelvina. Każdy element jest zazwyczaj występuje efekt uboczny-Thomson jeśli prąd płynący przez przewód i wzdłuż Linia ma gradient (kierunkowe) różnica temperatur będzie oprócz Joule, stojak i inne ciepła. Ten ostatni jest nazwany Thomson. W niektórych częściach prowadnika zostanie wchłonięta. Stąd efekt Thomson ma silny wpływ na działanie grzejników i lodówki. Ale to, jak już wspomniano, Side, czynnik niewliczone.

Ciepło przekazywane przez efekt Thomson, różnica temperatury jest bezpośrednio proporcjonalny do końców przewodów i w zależności od przepływającego prądu. Zjawisko to występuje tylko w substancji z wyraźną zależność współczynnika siły elektromotorycznej cieplną od temperatury. W niektórych obliczeniach efekt Thomson jest uważany za zerowy, to jest bliskie prawdy. Termodynamiczny teorii proces odbioru i wybór temperatury, jest rozpatrywany z punktu widzenia dwóch przepływów ciepła:

• Strumień ciepła chłodzący wybiera węzeł, a następnie przez dwie równoległe Osiągając procesów:

1. Pasożytniczy ciepła przez Joule'a-Lenza. W termodynamice, jest ona traktowana jako połowę iloczynu kwadratu prądu do oporu. Druga połowa przypada na gorąco skrzyżowania.
2. Podgrzanie przepływ ciepła pochodzących z ciepłym części. Jest równa różnicy temperatur pomnożenie całkowitej przewodności cieplnej gałęzi termicznych.

• W gorącym połączenia są odwrotne procesy w drugim etapie (ciepło odprowadza się do chłodzonej części) i podobne do pierwszego - Joule'a uwalnia się ciepło.

Z treści wynika, że ​​skutecznym rozwiązaniem, aby zmaksymalizować efektywność izolacji będzie między skrzyżowaniami. Para wykorzystywane półprzewodniki, zdolne generować siłę elektromotoryczną cieplną, prąd elektryczny musi pokonać jej opór. Wydatkowanej energii jest proporcjonalne do różnicy temperatury i różnicy współczynników substancji EMF cieplnych i w zależności od przepływającego prądu. Są wykresy krzywych i różnicując je w celu znalezienia ekstrema mogą otrzymywać warunki maksymalnej różnicy temperatur (pomiędzy pokoju i lodówką).

Dane pokazują wyniki wynikające z tego działanie pochodnej, gdzie obliczana optymalne prądów rezystancji R oraz wzrost granicznej termoelement efekt chłodzenia. Z tych wzorów wynika, że ​​idealna maszyna stanie się, jeżeli:

• Przewodność tego samego materiału termopary.
• Przewodność cieplna tego samego materiału termopary.
• Współczynniki cieplna siła elektromotoryczna równe, ale o przeciwnym znaku.
• Przekroje i długości oddziałów tej samej termopary.

Aby zrealizować te warunki w praktyce trudne. W tym przypadku, czynnik ograniczający jest stosunek temperatury chłodniczym spoiny różnicy temperatur. Przypomnijmy, jest to idealny opis maszyny, w rzeczywistości jeszcze nieosiągalne.

Jak zoptymalizować agregatu Peltier

Figury przedstawiają wykresy zmiennych wpływających na sprawność elementów Peltiera. Po pierwsze, jest oczywiste, - współczynnik termiczny SEM dąży do zera przy wzrastającym stężeniu nośnej. Przypomina, że ​​metale nie są uważane za najlepszy materiał do produkcji termopary. przewodność cieplna, wręcz przeciwnie, wzrasta. W termodynamice, uważa się, że składa się z dwóch elementów:

1. Sieć krystaliczna przewodności cieplnej.
2. Elektroniczny przewodność cieplna. Wspomniany składnik z oczywistych powodów, nie zależy od stężenia wolnych nośników ładunku i powodują krzywej wzrostu przedstawiony na wykresie. Przewodność cieplna sieci krystalicznej pozostaje praktycznie stała.

Badacze są zainteresowane produktami kwadratu współczynnika EMF termicznego przewodności elektrycznej. Taka wartość znajduje się w liczniku ekspresji na współczynnik wydajności. Według ekstremum obserwowaną przy stężeniu wolnych nośników w obszarze od 10 do 19 sztuk ° na centymetr sześcienny. To jest trzy rzędy wielkości mniej niż obserwowana w czystych metali z następujących bezpośrednio na stwierdzenie, że idealnym materiałem na element półprzewodnikowy Peltiera.

Udział drugiego komponentu mają stosunkowo nisko na odciętej i pozwolił wziąć materiał w tym przedziale. Przewodność elektryczną izolatorów jest zbyt mała, co tłumaczy brak możliwości ich zastosowania w tym kontekście. Wszystko to pozwala na ustalenie, dlaczego wyniki nie są brane poważnie Altenkirchen.

Teoria kwantowa przyłożone do elementu Peltiera

Termodynamiki nie pozwala na dokładne obliczenia, ale jakościowo opisuje materiał proces selekcji elementów Peltiera. Aby zaradzić tej sytuacji, fizycy nazywają na teorii kwantowej. To prowadzi do tych samych wartości, wyrażone w stężeniu wolnych nośników ładunku, potencjał chemiczny, stałą Boltzmanna. Takie teorie są wykonane jest również nazywany kinetyczna (lub mikroskopowe), ponieważ uważa się iluzoryczne i nieznany świat cząstek minutowych. Wśród objawów zalicza się:

1. l - średnia droga swobodna nośników ładunku. To zależy od temperatury. Wynik oznacza się przez wykładnik mechanizm R rozpraszania elektronów (na siatkach atomowych wynosi 0; jonowa i temperatura poniżej Debye'a - 0,5; powyżej Debye'a - 1; podczas rozpraszania jonów zanieczyszczeń - 2).
2. F - funkcja rozkładu Fermiego (poziomy energii).
3. x - zmniejszona energia kinetyczna nośników ładunku.

Całki funkcji Fermi są wymienione w tabeli, ich wyliczenie nie jest trudne. Równania mikroskopowej teorii decyzji w odniesieniu do współczynnika termo-EMF i przewodnictwa elektrycznego, co pozwala znaleźć współczynnik wydajności. Te złożone operacje wykonywane przez BI Bokiem, który ustalono, że optymalna wartość tego współczynnika Seebecka mieści się w zakresie od 150 do 400 mV / K, lecz zależy od stopnia mechanizm rozpraszania. Na pierwszy rzut oka jest oczywiste, że wartości dla metali nie są przestrzegane. W wyniku tego, grupę fizyków prowadzone przez Joffe wykazały, że najlepsze materiały dla termopar muszą spełniać pewne warunki:

1. Maksymalny stosunek ruchliwości na współczynnik przewodnictwa cieplnego sieci krystalicznej.
2. Stężenie nośnika zgodnie ze wzorem przedstawionym na rysunku.

VP Zhuze oznacza substancje, które wykazują pożądaną mobilność. Ich struktura krystaliczna jest w połowie drogi pomiędzy atomowej i metalu. Wprowadzenie zanieczyszczeń w materiale zawsze ogranicza mobilność. Tłumaczy to fakt, że współczynnik termo-EMF stopów jest wyższa niż dla czystych materiałów. Ale wzrost zanieczyszczeń r. Idealny materiał nie występujących w naturze, współczynnik termiczny SEM musi utrzymywać stałą wartość 172 mV / K Wymagane jest, aby stężenie zmienia się jak pokazano na rysunku (zob. według zastrz. 2).

Półprzewodniki możliwości wyboru różnorodnych materiałów, w przypadku gdy stężenie nośnika jest zależne od temperatury i wygląd tych, w których różnica jest praktycznie zerowa. Dzięki połączeniu tych cech może próbować odnaleźć najbliżej idealnego materiału.

Konstrukcja lodówek

W celu zwiększenia efektu Peltiera są połączone równolegle. Jednak ich moc spasować. W celu skonstruowania własne lodówki muszą być świadomi obliczania strat ciepła dzięki płaskiej strukturze. Utworzone specjalne kalkulatory, wiele z nich jest dostępnych online.

Zajmuje się projektowaniem losowo niekorzystne z oczywistych powodów. I dobrą wiadomością jest to, że elementy Peltiera są znacznie tańsze w ostatnich latach. Ali-express zakupu produktów z Chin 60 watów do 300 rubli. Nie trudno zauważyć, że w 3000 może być montowany lodówkę. A co by było utrzymać temperaturę zależy od konstrukcji wymagających obliczeń.