Peltier Element

Ett Peltier-element är en elektrisk apparat som under påverkan av en elektrisk ström genererar en temperaturskillnad på arbetsplatser. Handlingsprincipen är Seebecks motsatta effekt. Det är anmärkningsvärt att det är tillåtet att ringa termokopplets anslutningsterminaler, liksom den verkliga metallförbindelsen i sensorns känsliga plats. Du får inte missvisas, ändarna är vanligtvis anslutna till mätkretsen och berör inte.

Effekter av termoelektricitet

21 juli 1820 betraktas som en vändpunkt i historiens utveckling: Oersted bestämde sig för att publicera sina observationer om effekten av den strömbärande ledningen på magnetnålens orientering i rymden. Ytterligare upptäckter följer en följd, vi är intresserade av uppfinningen av den första galvanometern. Tillverkaren Schweigger kallade enheten en multiplikator för förmågan att multiplicera resultatet av åtgärden av flera varv av trådbärande ström på en magnetisk nål. På grund av detta, ett år senare( 1821), upptäckte en fysiker av estniskt ursprung, Seebeck, termoelektricitet. Det är välkänt att det som hände hände fem år senare till George Ohm för att få en världsberömd lag.

Litteraturen säger att Seebeck använde en magnet med flera varvtrådar och en magnetisk nål som en detektor. Berättelsen är tyst, när vismut-antimonspiken träffade forskaren, men det berättar att forskaren kopplade tandemet som en kraftkälla och såg kompassoscillationerna ständigt när han tog termoelementet i sina händer. Det var nog nära upptäckten av sina egna supernormala förmågor, men som ett resultat drogs slutsatsen att händernas värme var skyldig. Bra resultat, forskaren har uppnått, med hjälp av en belysningslampa som värmekälla.

Seebeck misstolkar resultatet av experimentet, kallar upptäckten magnetisk polarisation: Förskjutning av värmepunkten till den andra änden ändrade riktningen för pilens avböjning. Som ett resultat byggdes fel teori. De började hävda att temperatur gör det möjligt att direkt få magnetiska egenskaper, och jordens fält beror på vulkanernas aktivitet. Georg Ohm, redan kort efter upptäckten beskrev, applicerade termo-emf för att härleda en känd lag, och 1831 användes en liknande källa i elektrolysförsök.

Termo-emf-värdet är litet. Vanligtvis tiotals mV.Om du vill hitta ett visst värde, använd tabellerna. Platina är riktmärket för temperaturer i jordens klimatområde. Tabellerna innehåller värdet av termoelementet för termoelement från den specificerade metallen och de studerade: kromel, aluminium, koppar, järn. Värdena är positiva och negativa. Till exempel är det för antimon +4,7 mV och för vismut - minus 6,5.Värdena lägger till och det blir klart att när temperaturskillnaden vid ändarna av ett par 100 grader EMF bildas vid 12,2 mV.Georg Om försökte skapa liknande förhållanden genom att nedsänka den första änden i is och den andra - i kokande vatten.

Referens tabeller innehåller ibland många värden. Till exempel, för olika temperaturer i steg om 100 grader. Då är det möjligt att beräkna värdena för varje, men också med substitutionen av noll för någon av de angivna temperaturerna. Skillnaden mellan större och mindre värde tas. För enskilda termoelement vid en viss temperatur ändras värmeelementets riktning mot motsatt. Till exempel, för koppar och järn, kommer gränspunkten vara 540 grader Celsius.

Peltier Effect

Peltier-effekten kallas spegelreflektion av termoelektricitet. I detta fall värms nuvarande överföringar från den första änden av termoelementet till den andra. Och med en riktningsändring och den uppvärmda sidan vänder sig motsatt. Effekten upptäcktes 1834, efter att ha blivit feltolkad. Bara 4 år senare lyckades "landsmannen" Lenz frysa och indunsta en droppe vatten med hjälp av ett termoelement. I varje fall visade strömmen sin egen riktning.

Effekten förklaras enkelt i modern fysik. Antag att det finns två olika halvledare med samma typ av konduktivitet. Elektronerna i varje förvärvar ett annat värde av energi, och nivåerna i båda fallen är nära. Tänk nu att den elektriska strömmen började överföra avgifter från ett medium till ett annat. Vad händer? Elektroner med hög energi, omgiven av låga nivåer, ger ett extra belopp för kristallgitteret, vilket ger upphov till uppvärmning. Tvärtom, om energin inte räcker, kommer den att överföras från kristallgitteret, vilket kommer att orsaka kylning av korsningen.

Om konduktivitetstypen av halvledare i ett termoelement inte är densamma förklaras effekten annorlunda. En elektron som kommer in i p-materialet tar plats för ett hål( positiv laddningsbärare) på energinivån. Som ett resultat förlorar den rörelsens rörelse energi och skillnaden mellan nuvarande och tidigare tillstånd. Den frigjorda mängden går till bildandet av fria bärare på båda sidor av pn-korsningen. Resten rapporteras till kristallgitteret, från vilken uppvärmningen fortskrider. Om energin vid det inledande ögonblicket är mindre börjar kylningen av korsningen. Rekombinationsmedia fylls på av strömkällan.

Mängden värme som frigörs eller absorberas är proportionell mot laddningen som passerar genom ledaren. Koefficienten i formeln för linjärt beroende kallas Peltier. Ett liknande värde införs för termoelektricitet, uppkallad efter Seebeck. Från formeln följer att mängden frigiven värme, i motsats till Joule-Lenz-effekten, är proportionell mot den första graden av elektrisk ström( bestämning av överförd laddning).

Thomson-effekt

Baserat på Seebeck- och Peltier-koefficienterna, förutspådde Lord Kelvin( Thomson) en ny effekt 1856: ledaren uppvärmd i mitten svalnar på ena sidan och passerar varma på den andra. De teoretiska uppgifterna bekräftas empiriskt och öppnar vägen för skapandet av klimatteknik och andra saker.

Tanken med Lord Thomson: Om det finns en temperaturgradient längs ledaren( se Electric field) börjar värmen börja flöda när strömmen flyter. Denna enhet fungerar enligt värmepumpens princip. Effekten som bärs är proportionell mot gradienten: desto brantare är temperaturgrafen förändrad längs ledarens längd, desto större är den termiska effekten uppenbarad.

Proportionalitetskoefficienten i formeln är uppkallad efter Thomson och är associerad med termoelektricitet och Peltier-koefficienter. Ovanstående gav författarna förklaringar enligt den kinetiska( mikroskopiska) teorin, som arbetar med energinivåerna för laddningsbärare. Lord Kelvin följde till det termodynamiska( makroskopiska) konceptet, där globala flöden och krafter beaktas. Denna distinktion gäller för många grenar av fysik. Till exempel kan Ohms lag för en kedjesektion betraktas som en variant av en termodynamisk syn på saker.

kallas och likheter. I det termodynamiska konceptet används följande konstanter massivt: tal på termisk ledningsförmåga( Fourier lag) och isotermisk ledningsförmåga( Ohms lag).

Konsekvenser av

Ett antal användbara lagar relaterade till ämnet som diskuteras:

1. I en sluten krets av ett homogent material på grund av temperatur kan elströmmen inte bibehållas. Detta uttalande bär namnet på den tyska fysikern Magnus. Ibland kallas lagen av en homogen kedja.
2. Lagen i mellanmetaller anger att den algebraiska summan av termoelemmen för en sluten slinga som består av ett antal segment av heterogena ledande material är noll förutsatt att sektionens temperatur är densamma.

Användning av termoelektriska och elektrotermiska effekter

Under lång tid fann den direkta och inversa termoelektriska effekten inte tillämpningen, användbarheten var för liten. Gradvis har fysiker skapat legeringar vars egenskaper överlappar de rena metallerna som används av Peltier och Lenz med två storleksordningar. Nu används termoelektricitet. Minns kyltermostaten eller termoelektriska kylskåp utan rörliga delar. Rymdindustrin är mycket mer intressant, där fenomenet används för att kyla fotoresistorer: när temperaturen sjunker bara 10 grader ökar känsligheten hos sådana sensorer med en storleksordning.

En ytterligare fördel med de beskrivna tekniska lösningarna är kompaktitet och låg energiförbrukning: med en vikt av 150 g kyler enheten termistoren med 50-60 grader. I konsumentelektronik stöder Peltier-effekten det normala läget för processorer i systemenheten i persondatorer. Ja, det är värt att den tekniska lösningen inte är billigt, men ljudlöshet garanteras. Till exempel entusiaster från 2010s design kylskåp hemma. Hög effektivitet kan inte uppnås på grund av stora förluster genom kroppen. Men med tillkomsten av nya isolerande byggmaterial kommer situationen att förbättras.

Intressant, när riktningen för den elektriska strömmen ändras, börjar effekten att fungera i motsatt riktning. Uppvärmning är möjlig. På grundval av de beskrivna effekterna skapas termostater som övervakar temperaturen till tusendelen av en grad. Bland de lovande områdena firar inhemska luftkonditioneringsanläggningar och andra kylsystem. Den mest märkbara nackdelen är priset. Och vi får inte glömma att luftkonditioneringens effektivitet som regel är större än 1, den här enheten fungerar på grundval av en värmepump. Låt effektiviteten sjunka kraftigt med ökad omgivningstemperatur, medan termoelement ligger långt efter traditionella kylmetoder med 10%.

Uttrycka andra åsikter. Akademiker Ioffe, några av dessa används i ovanstående ämne, föreslog att skapa system för uppvärmnings- och kylrum som delningssystem. I detta fall uppstår en komplikation, som med typiska balsam, men effektiviteten når 200%.Betydelse: Under värme, till exempel, placeras en värmeabsorberande korsning utanför, och den växlande klyftan placeras inomhus. Det är inte lätt att svänga värmen ut ur förkylningen, för tekniken har begränsningar. Det är emellertid inte förbjudet att skapa värmepumpar utifrån denna metodik.

De ovillkorliga fördelarna med klimatsystem som använder Peltier-elementet innefattar förmågan att arbeta i motsatt riktning. På sommaren blir kaminen luftkonditionerad. Det är bara nödvändigt att ändra riktningen av strömflödet. Känd motsatt utveckling, utformad för att omvandla solvärme till elektrisk energi. Men medan sådana mönster är gjorda på basis av kisel, och det finns ingen plats för termoelement.

Material för att skapa termoelement

Självklart är konventionella metaller inte lämpliga för att skapa kraftfulla system. Kräver ett par kraft från 100 μV till 1 grad. I det senare fallet uppnås hög effektivitet. Materialen är legeringar av vismut, antimon, tellur, kisel, selen. Nackdelarna med komponenterna innefattar skörheten och relativt låg arbetstemperatur. Låg effektivitet lägger till begränsningar, men med introduktionen av nanoteknologi finns det hopp om att de vanliga ramarna kommer att övervinnas. Forskare bland lovande områden kallade utvecklingen av en fundamentalt ny halvledarbas med verkligt unika egenskaper, inklusive det exakta värdet av energinivåerna av material.