Peltier učinek

Peltier učinek - proces, ki ga spremlja pojav temperaturne razlike na dveh različnih materialov na prehodu električnega toka skozi njih. Za prvič razložiti z akademik in izumitelj Lenz.

hvala

Ne moremo prezreti hvaležnosti ZSSR akademije znanosti in akademik AF Joffe za veliko dela na razvoju thermoelectricity v ZSSR in prinaša rezultate raziskav javnosti.

Uporaba

Peltier učinek se uporablja za hlajenje, gretje lahko vsak vodnik po Joule-Lenz. Zato je pojav je uporabna:

1. Če želite ustvariti nizke napetosti DC in hladilniki. Z možnostjo ogrevanja moči pri menjavi polaritete. Na zahodu, tako zgrajeno cestno sandvichennitsy. Hladno ohranja izdelek iz uničil, zamenjava polov omogoča, da predložijo izdelek na mizo vroče.
2. Hladilniki procesorji znatno prispevajo k splošni uspešnosti hrupa sistemske enote. Če jih nadomestiti z Peltierjevi elementi, včasih skupaj pomanjkanje ventilatorja. On šumi ne toliko telo je odvzeta močan radiator in določitvi zanesljiv (za razliko od matične plošče materiala).

Razvoj teorije hlajenje

Peltier učinek ni pritegnilo pozornost znanstvenikov, se je zdelo nekoristno. Odprta je bila leta 1834, zbiranje prahu na akademskih knjižnic več kot stoletje pred policah, namesto jekla biti prvi pomembne tehnične rešitve na tem področju. Na primer, Altenkirch (1911) je navedeno nezmožnost uporabe hladilnih sistemov Peltierov efekt, v je izračun temeljil na uporabi čistih kovin, namesto zlitin in polprevodniki.

Zmota sklepov nemškega znanstvenika kasneje potrdili, kar veliko vlogo laboratoriju akademije znanosti polprevodnikov. Do leta 1950 je vzpostavila skladne teorijo, ki je dovoljeno za nadaljnjih nekaj let, da bi ustvarili prvo elektrotermični hladilnik. Z relativno majhen izkoristek 20% znižuje temperaturo naprave na 24 stopinj, kar v večini primerov dovolj za gospodinjske namene. Leta kasneje, je temperaturna razlika že 60 stopinj.

V fizike 50-ih letih je bila Peltierjev element šteti za hladilne naprave z freon namesto elektronov plina. To poteka v skladu s tem sistemom obravnavo. Glavni parameter - hladilne učinkovitosti je razmerje količine toplote na časovno enoto pri vnosu z močjo, ki je porabila naprej. Sodobna freon klimatske naprave in hladilniki številka je večja od ena. V 50-ih Peltierjev element je komaj 20%.

Učinek z vidika termodinamike

Peltier učinek je opisal kaže, koliko energije se prenese na določeni vrednosti električnega toka. ki ga izraža v časovnih enotah so moč naprave, ki se določi na podlagi potreb hladilnika. Danes priljubljena šuma elementi Peltier hladilniki za procesorje. Majhen kristalno ploščo hladi in hladi hladilnika hladilnik. Peltier element služi kot toplotna črpalka, toplote iz poravnave zagotovljeni CPU, ki preprečuje pregrevanje.

V sta formula na sliki označena z alfa koeficienti termo EMF polovic (sestavni deli) elementa. T - delovna temperatura v stopinjah Kelvina. Vsak element je običajno prisotna s-Thomson učinek, če je tok, ki teče skozi vodnika, in vzdolž vrstica ima gradienta (smerna razlike) temperature bo poleg Joule, stati in drugo toplota. Slednji je dobil ime po Thomson. V nekaterih delih energetski verigi se absorbira. Zato je Thomson učinek ima močan vpliv na delovanje grelnikov in hladilnikov. Vendar pa je, kot že omenjeno, strani, neevidentirani faktor.

Toplota Thomson učinek prenese, temperaturna razlika je neposredno sorazmerna s vodnikov koncih in je odvisna od tekočega toka. Pojav se pojavlja samo pri snovi z izrazitim odvisnosti od koeficienta termične elektromagnetnih polj na temperaturi. V nekaterih izračunih Thomson učinek se šteje, da je nič, je blizu resnice. Termodinamični teorijo procesa vračanja in izbire toplote se obravnava z vidika dveh toplotnih tokov:

• Toplotni tok, hladilna izbor spoj, ki mu sledi z dvema vzporednima Doseganje postopkih:

1. Parazitski toplota Joule-Lenz. Termodinamike se jemlje kot pol izdelka sedanjega kvadratni odpornosti. Druga polovica pade na vročo križišča.
2. Ogrevanje je toplotni tok, ki prihaja iz toplega dela. Je enaka temperaturne razlike, pomnoži s skupno toplotno prevodnost termoelement vej.

• V vročem križišča so povratne procesi drugem koraku (toplota odnesejo K ohlajeni delno) in podobno prvemu - Joule toplote se sprosti.

Iz besedila pomeni, da je učinkovita rešitev za povečanje učinkovitosti izolacije bo med križiščih. Par uporablja polprevodnike, ki lahko generirajo toplotno elektromotorne sile, električni tok je premagati svoj odpor. Porabila energija je sorazmerna temperaturne razlike in razlike v termalnih EMF snovi koeficientov in je odvisna od tekočega toka. Ali grafi krivulj in jih razlikovanje, da bi našli v ekstreme, lahko prejmejo pogoje največje temperaturne razlike (med sobo in hladilniku).

Številke kažejo rezultate pokazal derivat operacijo kjer izračunan optimalne tokove za upornosti R in mejno termoelementom povečanjem hladilnega učinka. Iz teh formul sledi, da bo idealen stroj se zgodilo, če:

• Prevodnost istega termočlen materiala.
• Toplotna prevodnost istega termočlen materiala.
• Koeficienti toplotne elektromotorne sile enake, vendar z nasprotnim predznakom.
• V preseki in dolžine vej istega termoelementa.

Za uresničitev teh pogojev v praksi težko. V tem primeru je omejevalni dejavnik je razmerje temperature hladilnega hladnega spoja na temperaturne razlike. Spomnimo, da je to popoln opis stroja, v resnici, še nedosegljiva.

Kako optimizirati hladilnega Peltier

Številke so grafi spremenljivke, ki vplivajo na učinkovitost elementov Peltierjevi. Po eni strani je očitno, - koeficient termo-EMF nagiba k nič z naraščajočo koncentracijo nosilca. Opozarja, da so kovine ne štejejo najboljši material za izdelavo termočlen. Toplotna prevodnost, nasprotno, povečuje. V termodinamike, je verjel, da je sestavljen iz dveh delov:

1. kristalno rešetke toplotna prevodnost.
2. Elektronska toplotna prevodnost. Je dejal komponento za očitnih razlogov, ki niso odvisni od koncentracije prostih nosilcev naboja in povzroča krivuljo rasti predstavljen na grafu. Toplotna prevodnost kristalne mreže ostaja praktično konstantna.

Raziskovalci Zanimive produkta iz kvadrata koeficienta termične elektromagnetnih polj na električno prevodnost. Omenjena vrednost se postavi v števcu izražanja koeficienta učinkovitosti. Po ekstrema opazili pri koncentraciji prostih prevoznikov v območju od 10 do 19 stopinj enot na kubični centimeter. To je tri velikostne rede manj, kot pri čistih kovin, iz katerega je takoj sledi zaključek, da bo idealen material za polprevodnike Peltier elementov.

Delež druge komponente imajo relativno nizko dol na abscisi in dovoliti, da se gradivo v tem intervalu. Električna prevodnost izolatorjev je premajhen, kar pojasnjuje nezmožnost njihove uporabe v tem kontekstu. Vse to vam omogoča, da ugotovi, zakaj so ugotovitve ne jemlje resno Altenkirchen.

Kvantna teorija deluje na Peltier element

Termodinamika ne omogoča natančen izračun, vendar kvalitativno opisuje materialno postopek izbire elementov Peltierjevi. Za izboljšanje stanja, fiziki pozivamo kvantne teorije. Deluje z enakimi vrednotami, izražena v smislu koncentracije prostih nosilcev naboja, kemijski potencial, konstante Boltzmann. Takšne teorije so narejene se imenuje tudi kinetična (ali mikroskopsko), saj se šteje, navidezna in neznan svet majhnih delcev. Med znaki najdemo:

1. l - pomeni prosto pot od nosilcev naboja. To je odvisno od temperature. Rezultat je določena z eksponent mehanizma r elektronov sipanja (za atomskih rešetke je 0; ionski in temperature pod Debye - 0,5; Zgoraj Debye - 1; ko sipanje nečistoče ionov - 2).
2. f - funkcija distribucija Fermi (raven energije).
3. x - znižana kinetična energija nosilcev naboja.

Integrali funkcij Fermi so navedeni v tabeli, njihov izračun ni težko. Enačbe mikroskopske teorije odločitve v zvezi s koeficientom termo-EMF in električno prevodnost, ki vam omogoča, da bi našli koeficient učinkovitosti. Te kompleksne operacije, ki jih BI storili Vstran, ki je ugotovil, da je optimalna vrednost koeficienta pomočjo Seebeckovega v razponu med 150 in 400 mV / K, ampak je odvisna od stopnje sipanje mehanizma. Na prvi pogled je jasno, da se ne upoštevajo vrednosti za kovine. Kot rezultat, je skupina fizikov, ki Joffe vodstvom pokazala, da je najboljši material za termoelementi izpolnjuje več pogojev:

1. Največje razmerje mobilnosti s koeficientom toplotne prevodnosti kristalne rešetke.
2. Koncentracija nosilec po formuli, prikazani na sliki.

VP Zhuze označuje katere snovi izražajo željeno mobilnosti. Njihova kristalna struktura je na sredini med atomska in kovino. Uvedba nečistoč v materialu vedno omejeno mobilnostjo. To pojasnjuje dejstvo, da je termo-napetost koeficient zlitin višja kot pri čistih materialov. Toda povečanje nečistočo r. Idealna Material ne obstaja v naravi, mora termo-EMF koeficient vzdrževanje konstantne vrednosti 172 mV / K. To je potrebno, da se koncentracija spreminja, kot je prikazano na sliki (glej. po zahtevku. 2).

Polprevodniki možnost izbire različnih materialov, kjer je koncentracija nosilec odvisna od temperature, in si za tiste, pri katerih je razlika praktično nič. Zaradi kombinacije teh lastnosti lahko poskusite najti najbližje idealno materiala.

Gradnja hladilnikov

Za povečanje Peltier učinek elemente v kombinaciji vzporedno. Vendar pa njihova moč krat. Da bi sestavili svoje hladilnike se morajo zavedati izračun toplotnih izgub skozi strukturo ravninski. Ustvaril posebne kalkulatorji, mnogi so na voljo na spletu.

Se ukvarjajo z oblikovanjem naključno neugodna za očitnih razlogov. In dobra novica je, da so Peltier elementi bistveno cenejši v zadnjih letih. Ali izražajo nakup izdelkov iz Kitajske 60 vatov za 300 rubljev. Ni težko videti, da se v 3000 lahko sestavljeni hladilnik. In kaj bi se vzdržuje temperatura je odvisna od konstrukcije zahteva izračun.