Efeito Peltier

efeito Peltier - um processo acompanhado pelo aparecimento de uma diferença de temperatura sobre os dois materiais diferentes por passagem de corrente eléctrica através deles. Pela primeira vez explicado pelo acadêmico e inventor Lenz.

obrigado

Não podemos ignorar gratidão USSR Academy of Sciences e acadêmico AF Joffe para a grande obra sobre o desenvolvimento da termoeletricidade na URSS e trazendo resultados da investigação ao público.

aplicabilidade

efeito Peltier é utilizado para arrefecimento, aquecimento pode servir de guia através do Joule-Lenz. Assim, o fenômeno é útil:

1. Para criar uma baixa voltagem DC e geladeiras. Com a possibilidade de aquecimento de energia quando se muda de polaridade. No oeste, construídos sandvichennitsy estrada. O frio mantém o produto a partir de estragar, polaridade inversa permite submeter o produto à mesa quente.
2. processadores refrigeradores fazer uma contribuição significativa para o desempenho global do ruído da unidade de sistema. Se você substituí-los com elementos Peltier, por vezes ausência total do ventilador. Ele não agita tanto o corpo é privado de um radiador poderoso e fixação confiável (ao contrário do material de placa-mãe).
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O desenvolvimento da teoria de refrigeração

efeito Peltier não é atraído a atenção de cientistas, parecia inútil. Inaugurado em 1834, juntando poeira em bibliotecas acadêmicas mais de um século antes de as prateleiras, em vez de aço ser as primeiras soluções técnicas significativas nesta área. Por exemplo, Altenkirch (1911) declarou incapacidade de utilizar os sistemas de refrigeração de efeito Peltier, para o cálculo baseou-se na utilização de metais puros, ligas metálicas e semicondutores em vez disso.

A falácia das conclusões do cientista alemão confirmou mais tarde, o grande papel para o laboratório da Academia de Ciências de semicondutores. Em 1950, estabeleceu teoria coerente, o que permitiu uma maior número de anos para criar o primeiro electrothermal geladeira. Com um relativamente pequeno eficiência de 20% reduz a temperatura do dispositivo em 24 graus, o que na maioria dos casos suficiente para fins domésticos. Anos mais tarde, a diferença de temperatura de 60 graus já foi.

No 50s física elemento Peltier foi considerado como o chiller com Freon em vez do gás de electrões. É conduzido de acordo com esta consideração sistema. O parâmetro principal - refrigeração eficiência, a razão entre a quantidade de calor por unidade de tempo na entrada para o poder que é gasto na. Modern ar condicionado e frigoríficos freon figura é maior do que um. Em 50-s do elemento Peltier foi apenas 20%.

O efeito do ponto de vista da termodinâmica

efeito Peltier é descrito por mostrando quanta energia é transferida em um determinado valor da corrente elétrica. Expressando-a em unidades de tempo são dispositivos de alimentação, o qual é determinado com base nas necessidades do frigorífico. Hoje populares elementos silenciosos coolers Peltier para processadores. Uma placa de cristal pequeno arrefece e arrefece o refrigerador de radiador. elemento Peltier serve como uma bomba de calor, o calor da CPU descarga garantida, evitando superaquecimento.

Na fórmula na figura são designadas por alfa coeficientes termo-metades emf (partes constituintes) do elemento. T - temperatura de trabalho em graus Kelvin. Cada elemento está tipicamente presente efeito colateral-Thomson, se a corrente que flui através do condutor, e ao longo da A linha tem um gradiente (de diferença direccional), as temperaturas irão estar além de Joule, de pé e outra calor. Este último é nomeado após Thomson. Em algumas partes da cadeia de energia irá ser absorvida. Assim, o efeito Thomson tem uma forte influência sobre o funcionamento dos aquecedores e refrigeradores. Mas é, como já mencionado, lado, fator de desaparecidos.

O calor transferido por efeito de Thomson, a diferença de temperatura é directamente proporcional com as extremidades do condutor e depende da corrente que flui. O fenómeno ocorre apenas em substâncias com uma pronunciada dependência do coeficiente de emf térmica da temperatura. Em alguns cálculos efeito Thomson é considerada zero, que é perto da verdade. A teoria da termodinâmica do processo de retorno e selecção de calor é considerado do ponto de vista de dois fluxos de calor:

• O fluxo de calor, uma junção picaretas arrefecimento, seguido por dois processos paralelos verosímeis:

1. calor parasitária por Joule-Lenz. Em termodinâmica, que é metade do produto da praça de corrente para a resistência. A segunda metade cai para a junção quente.
2. Aquecendo o fluxo de calor proveniente de uma parte quente. É igual à diferença de temperatura, multiplicando com a condutividade térmica total dos ramos de termoelementos.

• Na junção quente são processos inversa da segunda etapa (calor é levado para a parte de refrigeração) e semelhantes para o primeiro - de calor Joule é libertado.

A partir da formulação implica que uma solução eficaz para maximizar a eficiência do isolamento será entre as junções. Os pares utilizados semicondutores, capazes de gerar uma força electromotriz térmica, a corrente eléctrica tem de superar a sua resistência. energia gasta é proporcional à diferença de temperatura e diferença de coeficientes de substâncias emf térmico e depende da corrente que flui. São gráficos das curvas, e diferenciá-los a fim de encontrar os extremos pode receber condições de máxima diferença de temperatura (entre um quarto e um frigorífico).

As figuras mostram os resultados de tomar a operação derivado onde calculado correntes óptimas para a resistência R e o aumento do limite de termopar efeito refrigerante. A partir dessas fórmulas segue-se que a máquina ideal vai acontecer se:

• A condutividade do mesmo material termopar.
• A condutividade térmica do mesmo material termopar.
• Os coeficientes de força eletromotriz térmica igual mas de sinal contrário.
• As secções transversais e comprimentos dos ramos da mesma termopar.

Para realizar estas condições na prática difícil. Neste caso, o factor limitante é a razão entre a temperatura do refrigerante da junção fria para uma diferença de temperatura. Lembre-se, esta é a descrição perfeita da máquina, na realidade, ainda inatingível.

Como otimizar chiller Peltier

As figuras são gráficos variáveis ​​que afectam a eficiência dos elementos Peltier. Em primeiro lugar, é evidente - o coeficiente de termo-fem tende para zero com o aumento da concentração de portadores. Ele lembra que os metais não são considerados o melhor material para criar um termopar. condutividade térmica, pelo contrário, aumenta. Em termodinâmica, acredita-se que ele é composto de dois componentes:

1. estrutura de cristal de condutividade térmica.
2. condutividade térmica eletrônico. O referido componente por razões óbvias independentes da concentrao de portadores de carga livres e faz com que a curva de crescimento apresentados no gráfico. A condutividade térmica da estrutura cristalina permanece praticamente constante.

Os pesquisadores estão interessados ​​no produto do quadrado do coeficiente de EMF térmica na condutividade elétrica. O referido valor é colocado no numerador da expressão para o coeficiente de desempenho. De acordo extremo observada a uma concentração de portadores livres na região de 10 a 19 unidades de graus por centímetro cúbico. Esta é três ordens de grandeza menor do que a observada nos metais puros a partir do qual se segue imediatamente à conclusão de que o material ideal para semicondutores vai Peltier elementos.

A proporção do segundo componente tem uma relativamente baixa para baixo no eixo das abcissas, e deixou-se levar o material neste intervalo. A condutividade elétrica de isoladores é muito pequeno, o que explica a impossibilidade de sua utilização neste contexto. Tudo isto permite estabelecer a razão pela qual os resultados não são levadas a sério Altenkirchen.

A teoria quântica aplicada ao elemento de Peltier

O termodinâmica não permite um cálculo preciso, mas qualitativamente descreve o processo de selecção do material para os elementos de Peltier. Para remediar a situação, os físicos chamam sobre a teoria quântica. O sistema funciona com os mesmos valores, expressos em termos da concentração de portadores de carga livres, o potencial químico, a constante de Boltzmann. Tais teorias são feitas também é chamado cinética (ou microscópica), porque é considerada mundo ilusório e desconhecido de partículas diminutas. Entre os sinais são encontrados:

1. l - significa caminho livre dos portadores de carga. Ele depende da temperatura. O resultado é determinado pelo expoente do mecanismo de dispersão de electrões r (por reticulados atómicos é 0; iónica e temperaturas abaixo de Debye - 0,5; acima de Debye - 1; quando dispersão de iões de impurezas - 2).
2. f - função de distribuição de Fermi (os níveis de energia).
3. x - a reduzida energia cinética dos portadores de carga.

Integrais das funções de Fermi estão listados na tabela, o seu cálculo não é difícil. As equações da teoria microscópica de decisão no que diz respeito ao coeficiente termo-emf e condutividade elétrica, o que lhe permite encontrar o coeficiente de desempenho. Estas operações complexas feitas pelo BI Lateralmente, que estabeleceu que o valor óptimo do coeficiente de Seebeck está no intervalo entre 150 e 400 mV / K, mas depende do grau de mecanismo de dispersão. À primeira vista, é claro que os valores de metais não são observadas. Como um resultado, um grupo de físicos conduzidos por Joffe mostraram que o melhor material para termopares deve satisfazer um certo número de condições:

1. A razão máxima de mobilidade para o coeficiente de condutividade térmica da estrutura de cristal.
2. A concentração de transportador de acordo com a fórmula apresentada na figura.

VP Zhuze indica quais as substâncias que exibem a mobilidade desejada. A sua estrutura cristalina é meio caminho entre a nuclear e o metal. A introdução de impurezas no material sempre reduz a mobilidade. Isso explica o fato de que o coeficiente termo-emf de ligas é maior do que para materiais puros. Mas o aumento da impureza r. O material ideal não existente na natureza, o coeficiente de termo-fem deve manter um valor constante de 172 mV / K. É necessário que a concentração varia, tal como indicado na figura (ver. de acordo com a reivindicação. 2).

Semicondutores possibilidade de escolher materiais diferentes, em que a concentração de portador é dependente da temperatura, e procurar por aqueles em que a diferença é praticamente zero. Devido à combinação dessas qualidades pode tentar encontrar o mais próximo do material ideal.

construção de frigoríficos

Para aumentar o efeito de Peltier elementos são combinados em paralelo. No entanto, o seu poder dobrar. De modo a construir os seus próprios frigoríficos precisam de estar cientes de cálculo de perda de calor através da estrutura plana. calculadoras especiais criados, muitos estão disponíveis online.

Está envolvido na concepção aleatória desvantajosa por razões óbvias. A boa notícia é que os elementos Peltier são significativamente mais baratos nos últimos anos. comprar produtos Ali-express da China 60 watts para 300 rublos. Não é difícil ver que durante 3000 pode ser montado geladeira. E o que seria manter a temperatura depende do projeto que requer cálculo.