Efect Peltier

efect Peltier - proces însoțit de apariția unei diferențe de temperatură pe cele două materiale diferite prin trecerea curentului electric prin ele. Pentru prima dată explicată de academicianul și inventator Lenz.

mulțumesc

Nu putem ignora recunostinta URSS Academia de Științe și academicianul AF Joffe pentru marea lucrare privind dezvoltarea thermoelectricity în URSS și aducerea rezultatelor cercetării pentru public.

aplicabilitate

efect Peltier este utilizat pentru răcire, încălzire poate orice ghid prin Joule-Lenz. Prin urmare, fenomenul este util:

1. Pentru a crea o joasă tensiune de curent continuu și frigidere. Cu posibilitatea de încălzire de putere la schimbarea polarității. În partea de vest, astfel construit sandvichennitsy rutier. Frigul păstrează produsul de la rasfat, polaritate inversă permite să-și prezinte produsul la masa fierbinte.
2. Coolere procesoare aduce o contribuție semnificativă la performanța generală de zgomot al unității de sistem. Dacă înlocuiți-le cu elemente Peltier, uneori, a lipsei totale a ventilatorului. El nu rustles atât de mult organismul este lipsit de un radiator puternic și de fixare fiabilă (spre deosebire de materialul placii de baza).
   instagram viewer

Dezvoltarea teoriei de răcire

efect Peltier nu este atras atenția oamenilor de știință, se pare inutil. Deschis în 1834, colectarea de praf pe bibliotecile academice mai mult de un secol înainte de rafturi, mai degrabă decât din oțel să fie primele soluții tehnice semnificative în acest domeniu. De exemplu, Altenkirch (1911) a declarat incapacitatea de a folosi sistemele de refrigerare cu efect Peltier, în calculul sa bazat pe utilizarea metalelor pure, aliaje si semiconductori in loc.

Falsitatea concluziile savantul german a confirmat mai târziu, ce mare rol de laborator al Academiei de Științe a semiconductori. Pana in 1950, a stabilit teorie coerentă, ceea ce a permis un număr suplimentar de ani pentru a crea primul frigider electrotermice. Cu un randament relativ mic de 20% scade temperatura aparatului la 24 de grade, care, în cele mai multe cazuri suficient pentru uz casnic. Câțiva ani mai târziu, diferența de temperatură a fost deja de 60 de grade.

In 50s fizica elementul Peltier a fost privit ca răcitorul cu Freon în locul gazului de electroni. Acesta a efectuat în conformitate cu acest sistem de examinare. Parametrul principal - refrigerare eficiența, raportul dintre cantitatea de căldură pe unitatea de timp în aportul la puterea pe care este cheltuit pe. Modern freonul de aer condiționat și frigidere cifra este mai mare decât unu. În 50-e ale elementului Peltier a fost abia 20%.

Efectul din punctul de vedere al termodinamicii

efect Peltier este descris arătând cât de multă energie este transferată la o anumită valoare a curentului electric. Exprimându-l în unități de timp sunt dispozitive de putere, care este stabilită în funcție de nevoile frigiderului. Astăzi populare elemente Peltier pentru silentioase racitoare de procesoare. O placă de cristal mic răcește și se răcește răcitor radiatorului. Element Peltier servește ca o pompă de căldură, căldura de descărcare garantat CPU, prevenind supraincalzirea.

În formula în figură sunt desemnate prin alfa coeficienți thermo jumătăți (EMF părți constitutive) ale elementului. T - temperatura de lucru în grade Kelvin. Fiecare element este prezent în mod tipic efect secundar-Thomson în cazul în care curentul trece prin conductor, și de-a lungul line are un gradient (diferență direcțională) temperaturile vor fi în plus față de Joule, stand și alte căldură. Acesta din urmă este numit după Thomson. În unele părți ale lanțului de energie va fi absorbită. Prin urmare, efectul Thomson are o puternică influență asupra funcționării încălzitoarelor și frigidere. Dar este, după cum sa menționat deja, partea, factorul necontabilizate.

Căldura transferată de efect Thomson, diferența de temperatură este direct proporțională cu capetele conductorului și depinde de curentul care curge. Fenomenul are loc numai în substanțe cu o dependență pronunțată a coeficientului de emf termic la temperatură. În unele calcule efect Thomson este considerat a fi zero, este aproape de adevăr. Teoria termodinamică a procesului de returnare și selecție de căldură este considerat din punct de vedere a două fluxuri de căldură:

• Fluxul de căldură, un nod murături de răcire, urmată de două procese paralele ajungând:

1. căldură parazitara de Joule-Lenz. În termodinamică, este luat ca jumatate din produsul pătratul curentului rezistenței. A doua jumătate cade la joncțiunea fierbinte.
2. Încălzire fluxul de căldură care vine dintr-o parte caldă. Este egală cu diferența de temperatură, înmulțind cu conductivitatea termică totală a ramurilor termotransforamre.

• În joncțiunea fierbinte sunt procese inverse din a doua etapă (căldura este duseseră la partea răcită) și similare cu prima - caldura Joule este eliberat.

Din formularea implică faptul că o soluție eficientă pentru a maximiza eficiența izolației va fi între intersecții. Cei doi utilizate semiconductori, capabile să genereze o forță electromotoare termică, curentul electric trebuie să depășească rezistența la ea. energia consumată este proporțională cu diferența de temperatură și diferența între coeficienții de substanțe EMF termic și depinde de curentul care curge. Sunt grafice ale curbelor, și diferențierea acestora în scopul de a găsi extremele pot primi condiții de diferență maximă de temperatură (între o cameră și un frigider).

Cifrele arată rezultatele luând operației derivatul unde calculat curenții optimi pentru rezistenței R și creșterea limitei termocuplu efect de refrigerare. Din aceste formule rezultă că mașina ideală se va întâmpla în cazul în care:

• Conductivitatea din același material termocuplu.
• Conductivitatea termică a aceluiași material termocuplu.
• Coeficienții de forță electromotoare termică egale, dar opuse în semn.
• Secțiunile transversale și lungimile ramuri ale aceluiași termocuplu.

Pentru a realiza aceste condiții în practică dificilă. În acest caz, factorul de limitare este raportul dintre temperatura agentului frigorific a joncțiunii rece la o diferență de temperatură. Reamintim, aceasta este descrierea perfectă a mașinii, în realitate, dar imposibil de atins.

Cum de a optimiza răcitor Peltier

Cifrele sunt variabile grafice care afectează eficiența elementelor Peltier. În primul rând, este evident - coeficientul termo-emf tinde la zero odată cu creșterea concentrației de purtător. Se reamintește că metalele nu sunt considerate cel mai bun material pentru producerea unui termocuplu. conductivitate termică, dimpotrivă, crește. În termodinamică, se crede că acesta este compus din două componente:

1. rețeaua cristalină de conductivitate termică.
2. conductivitate termică electronice. componente din motive evidente independente de concentrația de purtători de sarcină liberi Said și determină curba de creștere prezentat pe grafic. Conductivitatea termică a rețelei cristaline rămâne practic constantă.

Cercetătorii sunt interesați de produsul pătratul coeficientului de EMF termic pe conductivitatea electrică. Valoarea menționată este plasată în numărătorul expresiei pentru coeficientul de performanță. Potrivit extremum observate la o concentrație de purtători liberi în regiunea de 10 până la 19 unități de grade pe centimetru cub. Acest lucru este de trei ordine de mărime mai mică decât cea observată în metalele pure din care urmează imediat concluzia că materialul ideal pentru semiconductori va Peltier elemente.

Proporția de-al doilea component au un nivel relativ scăzut în jos pe abscisă, și a permis să ia materialul în acest interval. Conductivitatea electrică a izolatorilor este prea mică, ceea ce explică imposibilitatea utilizării lor în acest context. Toate acestea vă permite să stabilească motivul pentru care rezultatele nu sunt luate în serios Altenkirchen.

Teoria cuantică aplicată elementului Peltier

Termodinamica nu permite un calcul precis, dar descrie calitativ procesul de selecție a materialului pentru elementele Peltier. Pentru a remedia situația, fizicienii numesc pe teoria cuantică. Acesta funcționează cu aceleași valori, exprimate în termeni de concentrația de purtători de sarcină liberi, potențialul chimic, constanta Boltzmann. Aceste teorii sunt, de asemenea numită cinetică (sau microscopice), deoarece este considerat mondial iluzorie și necunoscute de particule minuscule. Printre semnele sunt găsite:

1. L - înseamnă cale liberă a purtătorilor de sarcină. Depinde de temperatura. Rezultatul este determinat de exponent al imprastiere de electroni mecanism r (pentru latici atomice este 0; ionică și temperaturi sub Debye - 0,5; peste Debye - 1; când împrăștierea ionilor de impurități - 2).
2. f - funcția de distribuție Fermi (nivelele de energie).
3. x - energia cinetică redusă a purtătorilor de sarcină.

Integralelor funcțiilor Fermi sunt listate în tabel, calculul lor nu este dificil. Ecuațiile teoriei microscopice a deciziei în ceea ce privește coeficientul termo-EMF și conductivitatea electrică, care vă permite să găsiți coeficientul de performanță. Aceste operații complexe efectuate de BI Lateral, care a stabilit că valoarea optimă a coeficientului Seebeck este în intervalul între 150 și 400 mV / K, dar depinde de gradul de mecanism de împrăștiere. La prima vedere, este clar că valorile pentru metalele nu sunt respectate. Ca urmare, un grup de fizicieni condus de Joffe arătat că cel mai bun material pentru termocuple trebuie să îndeplinească o serie de condiții:

1. Raportul maxim de mobilitate la coeficientul de conductibilitate termică a rețelei cristaline.
2. Concentrația de purtător în conformitate cu formula prezentată în figură.

VP Zhuze indică substanțele prezintă mobilitatea dorită. Structura lor de cristal este la jumătatea distanței dintre atomic și metal. Introducerea de impurități în materialul întotdeauna reduce mobilitatea. Aceasta explică faptul că coeficientul termo-electromotoare a aliajelor este mai mare decât pentru materiale pure. Dar creșterea impuritate r. Materialul ideal nu există în natură, coeficientul termo-emf trebuie să mențină o valoare constantă de 172 mV / K. Este necesar ca concentrația variază așa cum este indicat în figură (vezi. din revendicarea. 2).

Semiconductors posibilitatea de a alege materiale diferite, în cazul în care concentrația de purtător este dependentă de temperatură și căutați cele în care diferența este practic zero. Datorită combinației dintre aceste calități ar putea încerca să găsească cel mai aproape de materialul ideal.

construcția de frigidere

Pentru a spori efectul Peltier elementele sunt combinate în paralel. Cu toate acestea, puterea lor ori. În scopul de a construi propriile lor frigidere trebuie să fie conștienți de calculul pierderilor de căldură prin structura plană. calculatoare speciale create, multe sunt disponibile on-line.

Este angajată în proiectarea aleatorie dezavantajos din motive evidente. Iar vestea bună este că elementele Peltier sunt semnificativ mai ieftine în ultimii ani. produse de cumpărare Ali-Express din China 60 W pentru 300 de ruble. Nu este dificil de a vedea că, în timpul 3000 pot fi asamblate la frigider. Și ce s-ar menține temperatura depinde de design care necesită calcul.