Peltier Element

Peltier prvok je elektrické zariadenie, ktoré pod vplyvom elektrického prúdu vytvára teplotný rozdiel na pracoviskách. Princíp konania je opačný účinok Seebeck. Treba poznamenať, že je prijateľné zavolať terminály termočlánku, ako aj skutočné spojenie kovov na citlivom mieste snímača. Nemali by ste byť zavádzaní, konce sú zvyčajne pripojené k meraciemu obvodu a nedotýkajte sa.

Effects thermoelectricity

21. júla 1820 je považovaný za zlom v príbehu: Oersted rozhodla zverejniť svoje vyjadrenia o vplyve prúde-nosný drôt k orientácii magnetka v priestore.Ďalšie objavy sledujú postupnosť, máme záujem o vynález prvého galvanometra. Výrobca Schweigger nazval zariadenie multiplikátorom za schopnosť vynásobiť výsledok pôsobenia viacerých závitov elektrického prúdu na magnetickú ihlu. Z tohto dôvodu o rok neskôr( 1821) fyzik estónskeho pôvodu, Seebeck, objavil termoelektričnosť.Je dobre známe, že to, čo sa stalo o päť rokov neskôr, sa stal Georgeom Ohmom, aby získal svetovo preslávený zákon.

V literatúre sa hovorí, že Seebeck používal solenoid s mnohými závitmi drôtu a magnetickou ihlou ako detektor. História mlčí, pokiaľ ide o vedec dostal Spike bizmutu a antimónu, ale to nám hovorí, že vedec tandem pripojený ako kolísanie napájania a kompasu stále vidieť, keď sa vezme termočlánok v ruke. Bolo to pravdepodobne blízko k objaveniu vlastných nadprirodzených schopností, ale v dôsledku toho sa dospelo k záveru, že je to vina teplo rúk. Skvelé výsledky, ktoré dosiahli vedci pomocou svetelnej lampy ako zdroja tepla.

Seebeck nesprávne vyložil výsledok experimentu a vyvolal magnetickú polarizáciu odhalenia: posunutie vykurovacieho bodu na druhý koniec zmenilo smer deformácie šípky. V dôsledku toho bola postavená nesprávna teória. Začali tvrdiť, že teplota umožňuje priame získavanie magnetických vlastností a zemské pole je spôsobené aktivitou sopiek. Georg Ohm, už krátko po objave, ktorý bol opísaný, použil termo-emf na odvodenie známeho zákona a v roku 1831 sa v elektrolýznych experimentoch použil podobný zdroj.

Hodnota termo-emf je malá.Obvykle desiatky mV.Ak chcete nájsť určitú hodnotu, použite tabuľky. Platina je referenčným kritériom pre teploty v klimatickom pásme Zeme. Tabuľky obsahujú hodnotu termoelementu pre termočlánky zo špecifikovaného kovu a študovaných: chromel, hliník, meď, železo. Hodnoty sú pozitívne a negatívne. Napríklad pre antimón je +4,7 mV a pre bismut - mínus 6,5.Hodnoty sa zvyšujú a je jasné, že keď sa vytvorí teplotný rozdiel na koncoch páru 100 stupňov EMF pri 12,2 mV.Georg Omr sa snažil vytvoriť podobné podmienky tým, že ponorí prvý koniec do ľadu a druhý - do vriacej vody.

Referenčné tabuľky niekedy obsahujú mnoho hodnôt. Napríklad pre rôzne teploty v krokoch po 100 stupňoch. Potom je možné vypočítať hodnoty pre každý, ale aj s nulovou substitúciou pre ktorúkoľvek zo špecifikovaných teplôt. Rozdiel medzi väčšou a menšou hodnotou je braný do úvahy. Pre jednotlivé termočlánky pri určitej teplote sa smer termo-emf mení na opak. Napríklad pre meď a železo bude hraničný bod 540 stupňov Celzia.

Peltier Effect

Peltier Effect sa nazýva zrkadlové odrazenie termoelektrickej energie. V tomto prípade prebieha prenos tepla z prvého konca termočlánku do druhého. A pri zmene smeru a ohriatej strane sa otočí naopak. Tento účinok bol objavený v roku 1834, pretože bol nesprávne interpretovaný.O 4 roky neskôr sa "krajan" Lenzovi podarilo zmrznúť a odparovať kvapku vody pomocou termočlánku. V každom prípade prúd ukázal svoj vlastný smer.

Efekt je jednoducho vysvetlený v modernej fyzike. Predpokladajme, že existujú dva odlišné polovodiče s rovnakým typom vodivosti. Elektróny v každej z nich získavajú inú hodnotu energie a hladiny v obidvoch prípadoch sú blízke. Teraz si predstavte, že elektrický prúd začal prenášať poplatky z jedného média do druhého.Čo sa stane? Elektróny s vysokou energiou, ktoré sa nachádzajú v prostredí s nízkymi úrovňami, dodajú kryštálovej mriežke ďalšie množstvo, ktoré produkuje vykurovanie. Naopak, ak energia nestačí, prenesie sa z krištáľovej mriežky, čo spôsobí chladenie križovatky.

Ak typ vodivosti polovodičov v termočlánku nie je rovnaký, účinok sa vysvetľuje inak. Elektrón vstupujúci do p-materiálu preberá miesto otvoru( nosič pozitívneho náboja) na úrovni energie. V dôsledku toho stráca kinetickú energiu pohybu a rozdiel medzi aktuálnym a minulým stavom. Uvoľnené množstvo ide na vytvorenie voľných nosičov na obidvoch stranách pn-junction. Zvyšok je uvedený na kryštálovej mriežke, z ktorej vykuruje. Ak je energia v počiatočnom momente menšia, ochladenie spojenia začne. Rekombinantné médiá sú doplnené zdrojom energie.

Množstvo uvoľňovaného alebo absorbovaného tepla je úmerné náboju prechádzajúcej vodičom. Koeficient vo vzorci lineárnej závislosti sa nazýva Peltier. Rovnaká hodnota sa zavádza pre termoelektrickú energiu, pomenovanú podľa Seebeck. Zo vzorca vyplýva, že množstvo uvoľneného tepla je na rozdiel od Joule-Lenzovho efektu úmerné prvému stupňu elektrického prúdu( určenie preneseného náboja).

Thomsonov efekt

Na základe koeficientov Seebeck a Peltier, Lord Kelvin( Thomson) predpovedal nový efekt v roku 1856: vodič vykurovaný v strede chladí na jednej strane a prechádza horúcim na druhú stranu. Teoretické údaje sa potvrdzujú empiricky, čím sa otvára cesta k vytvoreniu klimatických technológií a ďalších vecí.

Myšlienka lorda Thomsona: ak je vodorovný teplotný gradient( pozri Elektrické pole), teplo začne prúdiť, keď tok prúdu. Toto zariadenie pracuje na princípe tepelného čerpadla. Nosnosť je proporcionálna k gradientu: čím stúpajúci sa graf zmeny teploty pozdĺž dĺžky vodiča, tým väčší je tepelný efekt.

Koeficient proporcionality vo vzorci je pomenovaný po Thomson a je spojený s koeficientmi termoelektrickej a Peltierovej. Autori poskytli vysvetlenia podľa kinetickej( mikroskopickej) teórie, ktorá pracuje s úrovňami energetických stavov nosičov náboja. Lord Kelvin dodržal termodynamický( makroskopický) koncept, v ktorom sa zohľadňujú globálne toky a sily. Toto rozlíšenie sa vzťahuje na mnohé oblasti fyziky. Napríklad Ohmov zákon o reťazovej sekcii môže byť považovaný za variant termodynamického pohľadu na veci.

nazvaný a podobnosti. V termodynamickom koncepte sú masívne aplikované nasledujúce konštanty: reč na koeficient tepelnej vodivosti( Fourierov zákon) a izotermická vodivosť( Ohmův zákon).

Dôsledky

Množstvo užitočných zákonov týkajúcich sa predmetu, o ktorom sa diskutuje:

1. V uzavretom obvode z homogénneho materiálu z dôvodu teploty nemožno udržiavať elektrický prúd. Toto vyhlásenie nesie názov nemeckého fyzikov Magnus. Niekedy sa hovorí o práve homogénneho reťazca.
2. Zákon medziproduktov uvádza, že algebraický súčet termoelementu uzavretej slučky pozostávajúcej z ľubovoľného počtu segmentov heterogénnych vodivých materiálov je nulový za predpokladu, že teplota rezov je rovnaká.

Použitie termoelektrických a elektrotermálnych efektov

Priamy a inverzný termoelektrický efekt nenašiel dlhú dobu žiadnu aplikáciu, užitočná hodnota sa ukázala byť príliš malá.Postupne fyzici vytvorili zliatiny, ktorých vlastnosti prekrývajú čisté kovy, ktoré používajú Peltier a Lenz o dva rády. Teraz sa používa termoelektrika. Vyvolajte chladničkový termostat alebo termoelektrické chladničky bez pohyblivých častí.Kozmický priemysel je oveľa zaujímavejší, kde sa tento fenomén používa na chladenie fotorezistov: keď teplota klesne iba o 10 stupňov, citlivosť takýchto snímačov sa zvyšuje o rád.

Ďalšou výhodou opísaných technických riešení je kompaktnosť a nízka spotreba energie: s hmotnosťou 150 g jednotka chladí termistor o 50-60 stupňov. V spotrebnej elektronike Peltier efekt podporuje normálny režim procesorov v systémovej jednotke osobných počítačov.Áno, stojí za to, že technické riešenie nie je lacné, ale zaručuje tichosť.Napríklad nadšencov z domácich dizajnových chladničiek v roku 2010.Vysoká účinnosť sa nedá dosiahnuť kvôli veľkým stratám v tele. Ale s nástupom nových izolačných stavebných materiálov sa situácia zlepší.

Je zaujímavé, že keď sa zmení smer elektrického prúdu, účinok začne pracovať v opačnom smere. Kúrenie je možné.Na základe opísaných účinkov sa vytvárajú termostaty, ktoré monitorujú teplotu na tisícininu stupňa. Medzi sľubné oblasti oslavujú domáce klimatizačné zariadenia a iné chladiace systémy. Najvýraznejšou nevýhodou je cena. A nesmieme zabúdať, že účinnosť klimatizačného zariadenia je spravidla väčšia ako 1, táto jednotka pracuje na princípe tepelného čerpadla. Nech účinnosť prudko poklesne so zvyšujúcou sa teplotou okolia, zatiaľ čo termočlánky sú ďaleko za tradičnými spôsobmi chladenia s ich 10%.

Express iné názory. Akademik Ioffe, ktorého niektoré maximá sa používajú vo vyššie uvedenej téme, navrhuje vytvoriť systémy pre vykurovacie a chladiace priestory ako split systémy. V tomto prípade vzniká komplikácia, ako u typických kondicionérov, ale účinnosť dosahuje 200%.Význam: pri vykurovaní je napríklad vonkajšia spojka absorbujúca teplo a vyvíjajúce sa spojenie je umiestnené vo vnútri. Nie je ľahké vyháňať teplo z chladu, pretože technika má obmedzenia. Na základe tejto metodiky však nie je zakázané vytvárať tepelné čerpadlá.

Bezpodmienečné výhody klimatických systémov využívajúcich Peltierov prvok zahŕňajú schopnosť pracovať opačným smerom. V lete sa kachle stanú klimatizovanými. Je potrebné iba zmeniť smer toku prúdu. Známy opačný vývoj, určený na premenu slnečného tepla na elektrickú energiu. Ale zatiaľ čo takéto dizajny sú vyrobené na báze kremíka, a tam nie je miesto pre termočlánky.

Materiály pre vytváranie termočlánkov

Je zrejmé, že bežné kovy nie sú vhodné na vytváranie výkonných systémov. Vyžaduje výkon od 100 μV do 1 stupňa. V druhom prípade je dosiahnutá vysoká účinnosť.Materiály sú zliatiny bizmutu, antimónu, teluru, kremíka, selénu. Nevýhody komponentov zahŕňajú krehkosť a relatívne nízku prevádzkovú teplotu. Nízka efektívnosť pridáva obmedzenia, ale so zavedením nanotechnológie existuje nádej, že bude prekonaný obvyklý rámec. Vedci medzi sľubnými oblasťami nazývali vývoj úplne novej základne polovodičov s skutočne jedinečnými vlastnosťami vrátane presnej hodnoty energetickej úrovne materiálov.