Peltier efekt

Peltier efekt - proces sprevádzaný výskytom rozdielu teplôt na dvoch rôznych materiálov prechodom elektrického prúdu cez ne. Prvýkrát vysvetliť akademik a vynálezca Lenz.

vďaka

Nemôžeme ignorovať vďačnosť Akadémie vied ZSSR a akademik AF Joffe za skvelú prácu na vývoji thermoelectricity v ZSSR a prinášať výsledky výskumu verejnosti.

Použiteľnosť

Peltierov efekt sa používa pre chladenie, vykurovanie možno vodítkom cez Joule-Lenz. Preto, tento jav je užitočné:

1. Ak chcete vytvoriť nízkeho napätia DC a chladničky. S možnosťou ohrevu sily pri zmene polarity. Na západe, konštruované tak, cestné sandvichennitsy. Studený udržuje výrobok z kazenie, prepólovaniu umožňuje odoslať produktu k stolu horúce.
2. Chladiče procesorov významne prispieť k celkovému hlučnosti systémovej jednotky. Ak si ich nahradiť Peltier elementy, niekedy aj úplný nedostatok ventilátora. On šuštia nie toľko telo je zbavené výkonným chladičom a upevnenie spoľahlivé (na rozdiel od dosky materiálu).

Vývoj teórie chladenie

Peltier efekt nepriťahuje pozornosť vedcov, zdalo zbytočné. Bol otvorený v roku 1834, sadá prach na akademických knižniciach viac ako sto rokov pred regáloch, skôr než oceľ byť prvé významné technické riešenie v tejto oblasti. Napríklad Altenkirch (1911) uviedol, nemožnosti použitia chladiacich systémov Peltierova, v bol výpočet založený na využití čistých kovov, zliatin a polovodiče miesto.

Klam záverov nemeckého vedca neskôr potvrdil, čo veľká rola pre laboratóriá Akadémie vied polovodičov. Do roku 1950, je založená koherentný teórii, čo umožnilo po dobu ďalších niekoľkých rokov k vytvoreniu prvej elektrotermického chladničku. S relatívne malá účinnosť o 20% znižuje teplotu zariadenia na 24 stupňov, čo je vo väčšine prípadov dosť pre domáce účely. O niekoľko rokov neskôr, je teplotný rozdiel bol už 60 stupňov.

Vo fyzike 50. Peltierov článok bol považovaný za chladič s Freon namiesto elektrónového plynu. Je vykonávaná v súlade s týmto systémom do úvahy. Hlavným parametrom - chladiace účinnosť, je pomer množstva tepla za jednotku času v prívode k výkonu, ktorý je vynaložené na. Moderné freón kondicionéry a chladničky číslo je väčšie ako jedna. V 50-tych rokov Peltierova článku sotva 20%.

Účinok z hľadiska termodynamiky

Peltierov efekt je popísaný tým, že ukazuje, koľko energie je prevedená na určitej hodnote elektrického prúdu. Vyjadrením v časových jednotkách, sú napájanie, ktorá je stanovená na základe potrieb chladničky. Dnes populárne bezhlučný prvky Peltier chladiča pre procesory. Malé kryštály doska ochladzuje a ochladzuje chladič chladiča. Peltier element slúži ako tepelné čerpadlo, tepla z vypúšťaného zaručená CPU, zabraňuje prehriatiu.

Vo všeobecnom vzorci na obrázku sú označené alfa koeficienty termo emf polovice (prvkov) prvku. T - pracovná teplota v stupňoch Kelvina. Každý prvok je obvykle prítomný bočné Thomson účinok v prípade, že prúd prechádzajúci vodičom, a pozdĺž linka má gradient (smerová rozdiel) teploty bude okrem Joule, stojan a ďalšie tepla. Tá je pomenovaná po Thomson. V niektorých častiach energetickom reťazci bude absorbovaná. Preto Thomson efekt má silný vplyv na prevádzku ohrievača a chladničky. Ale to je, ako už bolo spomenuté, bok, nezapočítaný faktor.

Teplo prenesené Thomson efektom, teplotný rozdiel je priamo úmerný koncov vodičov a závisí na prúdiacim prúdu. Tento jav sa vyskytuje len u látok s výrazným závislosť koeficientu tepelnej emf na teplote. V niektorých výpočtov Thomson efekt je považovaný za nulové, to je ďaleko od pravdy. Termodynamická teórie procesu návratu a výberu tepla je uvažovaný z hľadiska dvoch tepelných tokov:

• Tepelný tok, sa chladiaci spojenie, dosahuje nasledovaný dvoma paralelnými procesmi:

1. Parazitné tepla Joule-Lenz. V termodynamike, je stanovený ako polovica súčinu druhej mocniny prúdu na odpore. Druhá polovica patrí do horúcej križovatke.
2. Zahrievanie tepelný tok prichádzajúce z teplej časti. Sa rovná rozdielu teplôt, násobením celkovej tepelnej vodivosti termočlánku konárov.

• V horúcom križovatky sú reverzné procesy v druhom kroku (teplom sa vykonáva vo vzdialenosti do ochladené čiastočne) a podobné, aby sa prvý - Joule sa teplo uvoľňuje.

Zo znenia vyplýva, že efektívne riešenie s cieľom maximalizovať účinnosť izolácie sa bude pohybovať medzi križovatkami. Dvojica použité polovodiče, schopné vytvoriť tepelnú elektromotorické silu, elektrický prúd musí prekonať jej odpor. Vynaložená energia je priamo úmerné rozdielu teploty a rozdielu v tepelných EMF látok koeficientov a je závislá na pretekajúci prúd. Sú grafy kriviek, a rozlišovanie je cieľom nájsť extrémy môže obdržať podmienky maximálneho teplotného rozdielu (medzi izbami a chladničke).

Čísla ukazujú výsledky brať derivát operáciách, pri ktorých vypočítanú optimálne prúdy na odpore R a zvýšenie limitnej termočlánok chladiaci účinok. Z týchto vzorcov vyplýva, že ideálny stroj sa stane, keď:

• Vodivosť rovnakého termočlánku materiálu.
• Tepelná vodivosť rovnakého termočlánku materiálu.
• Koeficienty tepelnej elektromotorické sily rovné, ale s opačným znamienkom.
• Prierezy a dĺžky pobočky tej istej termočlánku.

Si uvedomiť, tieto podmienky v praxi ťažké. V tomto prípade je limitujúcim faktorom je pomer teploty chladiva studeného konca na rozdiel teplôt. Pripomeňme, je to perfektné popis stroja, v skutočnosti doteraz nedosiahnuteľné.

Ako optimalizovať chladiča Peltier

Údaje sú grafy premenné, ktoré ovplyvňujú účinnosť prvkov Peltierových. Po prvé, je zrejmé, - súčiniteľ termo-emf blíži nule s rastúcou koncentráciou nosič. Pripomína, že kovy nie sú považované za najlepší materiál pre výrobu termočlánku. Tepelná vodivosť, naopak zvyšuje. V termodynamike, predpokladá sa, že je zložený z dvoch častí:

1. kryštálová mriežka tepelná vodivosť.
2. Elektronická tepelná vodivosť. Uvedené komponenty z pochopiteľných dôvodov nie je závislá od koncentrácie voľných nosičov náboja, a spôsobí, že rastovú krivku obsiahnuté v grafe. Tepelná vodivosť kryštálovej mriežky zostáva prakticky konštantná.

Výskumní pracovníci sa zaujímajú o produkte námestí koeficientu tepelnej EMF na elektrickú vodivosť. Uvedená hodnota je umiestnený v čitateli výrazu na koeficient výkonnosti. Podľa extrém pozorovanou v koncentrácii voľných nosičov v oblasti 10 až 19 jednotiek stupňov na kubický centimeter. Jedná sa o tri rády menšie ako u čistých kovov, z ktorej bezprostredne nadväzuje na záver, že ideálny materiál pre polovodiče sa Peltierové články.

Podiel druhej zložky majú relatívne nízko na osi x, a ponechaná, aby sa materiál v tomto intervale. Elektrická vodivosť izolantov je príliš malý, čo vysvetľuje nemožnosť ich použitie v tomto kontexte. To všetko vám umožní preukázať dôvod, prečo sú závery neberie vážne Altenkirchen.

Kvantová teória aplikovaná na Peltierova článku

Termodynamika neumožňuje presný výpočet, ale kvalitatívne popisuje materiál proces výberu pre prvky Peltierových. K náprave tejto situácie, fyzici vyzývame kvantovej teórie. Pracuje s rovnakými hodnotami, vyjadrená koncentrácia voľných nosičov náboja, chemického potenciálu, je Boltzmannova konštanta. Takéto teórie sú vyrobené sa tiež nazýva kinetická (alebo mikroskopická), pretože je považovaný za iluzórne a neznámy svet drobné čiastočky. Medzi príznaky patrí:

1. l - stredná voľná dráha nosičov náboja. Záleží na teplote. Výsledok je určená exponentom mechanizmu R rozptylu elektrónov (na atómovej mriežky je 0; iónové a teploty pod Debye - 0,5; vyššie Debye - 1; pri rozptylu nečistôt iónov - 2).
2. f - Fermiho distribučná funkcia (energetickej hladiny).
3. x - znížená kinetická energia nosičov náboja.

Integrály funkcií Fermiho sú uvedené v tabuľke, ich výpočet nie je nijako zložité. Rovnica mikroskopické teórie rozhodovania vzhľadom na koeficientom termo-EMF a elektrickú vodivosť, čo umožňuje vyhľadanie vykurovací faktor. Tieto zložité operácie uskutočnenej BI Bokom, ktorý sa zistilo, že optimálna hodnota koeficientu Seebeck je v rozmedzí medzi 150 a 400 mV / K, ale závisí od stupňa rozptylu mechanizmus. Na prvý pohľad je zrejmé, že hodnoty pre kovy nie sú dodržiavané. Výsledkom je, že skupina fyziky vedených Joffe ukázali, že najlepší materiál pre termočlánky musí spĺňať niekoľko podmienok:

1. Maximálny pomer mobility koeficientu tepelnej vodivosti kryštálovej mriežky.
2. Koncentrácia Nosič podľa vzorca uvedeného na obrázku.

VP Zhuze uvádza, ktoré látky vykazujú požadovanú pohyblivosť. Ich kryštálová štruktúra je uprostred medzi atómový a kovu. Zavedenie nečistôt v materiáli vždy znižuje mobilitu. To vysvetľuje skutočnosť, že koeficient termo-EMF zliatin je vyššia ako u čistých materiálov. Ale zvýšenie nečistoty r. Ideálny materiál nie je existujúce v prírode, termo-EMF koeficient musí udržiavať konštantnú hodnotu 172 mV / K. Je nutné, aby sa koncentrácia pohybuje, ako je uvedené na obrázku (viď. podľa nároku. 2).

Polovodiče možnosť voľby rôznych materiálov, kde je koncentrácia nosiča je závislá na teplote, a pozrite sa na tie, pri ktorých je rozdiel je prakticky nulová. Vďaka kombinácii týchto vlastností sa môže pokúsiť nájsť najbližšiu ideálny materiál.

konštrukcia chladničky

Pre zvýšenie efektu Peltierové elementy sa spoja paralelne. Avšak, ich sila zložiť. Za účelom vybudovanie svojej vlastnej chladničky musia byť vedomí výpočtu tepelných strát cez rovinné konštrukcie. Vytvorené špeciálne kalkulačky, mnohé z nich sú k dispozícii on-line.

Sa zaoberá navrhovaním náhodný nevýhodné z pochopiteľných dôvodov. A dobrá správa je, že prvky Peltier sú výrazne lacnejšie v posledných rokoch. Ali-expresný nákup výrobkov z Číny 60 W po dobu 300 rubľov. Nie je ťažké vidieť, že v 3000, môže byť zostavený chladničke. A čo by to udržiavať teplotu závisí na návrhu vyžadujúce výpočet.