Efecto Peltier

efecto Peltier - un proceso acompañado por la aparición de una diferencia de temperatura en los dos materiales diferentes haciendo pasar corriente eléctrica a través de ellos. Por primera vez se explica por el académico e inventor Lenz.

gracias

No podemos ignorar la gratitud URSS Academia de Ciencias y académico AF Joffe por el gran trabajo en el desarrollo de la termoelectricidad en la URSS y trayendo resultados de la investigación al público.

aplicabilidad

efecto Peltier se utiliza para la refrigeración, calefacción puede cualquier guía a través de la Joule-Lenz. Por lo tanto, el fenómeno es útil:

1. Para crear un bajo voltaje de CC y refrigeradores. Con la posibilidad de calentar la energía al cambiar la polaridad. En el occidente, así construida sandvichennitsy carretera. El frío mantiene el producto se eche a perder, polaridad inversa permite someter el producto a la mesa caliente.
2. procesadores refrigeradores hacen una contribución significativa al rendimiento global de ruido de la unidad del sistema. Si reemplazarlos con elementos Peltier, a veces la falta total del ventilador. Se cruje no es tanto el cuerpo se ve privado de un potente radiador y la fijación fiable (a diferencia del material de la placa base).
   instagram viewer

El desarrollo de la teoría de la refrigeración

efecto Peltier no es atraído la atención de científicos, parecía inútil. Inaugurado en 1834, recogiendo el polvo en las bibliotecas universitarias más de un siglo antes de que los estantes, en lugar de ser de acero a las primeras soluciones técnicas significativas en esta área. Por ejemplo, Altenkirch (1911) declaró imposibilidad de utilizar los sistemas de refrigeración de efecto Peltier, en el cálculo se basó en el uso de metales puros, aleaciones y semiconductores en lugar.

La falacia de las conclusiones del científico alemán confirmó más tarde, ¿qué gran papel para el laboratorio de la Academia de Ciencias de los semiconductores. En 1950, se estableció una teoría coherente, lo que permitió un número adicional de años para crear el primer refrigerador electrotérmica. Con una relativamente pequeña eficiencia de 20% reduce la temperatura del dispositivo a los 24 grados, que en la mayoría de los casos suficientes para fines domésticos. Años después, la diferencia de temperatura ya 60 grados era.

En los años 50 la física elemento Peltier fue considerado como el enfriador con Freon en lugar del gas de electrones. Se llevó a cabo de acuerdo con esta consideración sistema. El principal parámetro - la eficiencia de refrigeración, de la relación de la cantidad de calor por unidad de tiempo en la toma de la potencia que se gasta en. Moderna de aire acondicionado y refrigeradores de freón cifra es mayor que uno. En 50-s del elemento Peltier era apenas 20%.

El efecto del punto de vista de la termodinámica

efecto Peltier es descrito por que muestra la cantidad de energía se transfiere a un cierto valor de la corriente eléctrica. Expresarla en unidades de tiempo son dispositivos de potencia, que se determina en función de las necesidades de la nevera. Hoy en día, sin ruido elementos refrigeradores Peltier populares para los procesadores. Una placa de cristal pequeño se enfría y se enfría el refrigerador de radiador. elemento Peltier sirve como una bomba de calor, el calor de la CPU de descarga garantizada, evitando sobrecalentamiento.

En la fórmula en la figura se designa con alfa coeficientes termo mitades emf (partes constituyentes) del elemento. T - temperatura de trabajo en grados Kelvin. Cada elemento está presente típicamente efecto secundario-Thomson si la corriente que fluye a través del conductor, y a lo largo de la línea tiene un gradiente (de diferencia direccional) las temperaturas serán además de Joule, de pie y otra de calor. Este último es el nombre de Thomson. En algunas partes de la cadena de la energía será absorbida. Por lo tanto, el efecto Thomson tiene una fuerte influencia sobre el funcionamiento de los calentadores y refrigeradores. Pero es, como ya se mencionó, lado, el factor de desaparecidos.

El calor transferido por efecto Thomson, la diferencia de temperatura es directamente proporcional a los extremos de los conductores y depende de la corriente que fluye. El fenómeno se produce sólo en las sustancias con una dependencia pronunciada del coeficiente de fem térmica de la temperatura. En algunos cálculos efecto Thomson se considera que es cero, que está cerca de la verdad. La teoría termodinámica del proceso de retorno y la selección de calor se considera desde el punto de vista de dos flujos de calor:

• El flujo de calor, un picos cruce de enfriamiento, seguido por dos procesos alcanzando paralelos:

1. de calor parásitas por Joule-Lenz. En la termodinámica, se toma como la mitad del producto del cuadrado de la corriente a la resistencia. El segundo medio cae a la unión caliente.
2. Calentar el flujo de calor procedente de una parte caliente. Es igual a la diferencia de temperatura, multiplicando con la conductividad térmica total de las ramas de termoelementos.

• En la junta caliente son procesos inversos de la segunda etapa (con calor se lleva lejos a la parte de enfriado) y similar a la primera - se libera calor Joule.

De la redacción implica que una solución efectiva para maximizar la eficiencia del aislamiento será entre las uniones. El par se utiliza semiconductores, capaces de generar una fuerza electromotriz térmica, la corriente eléctrica tiene que superar su resistencia. energía gastada es proporcional a la diferencia de temperatura y la diferencia en los coeficientes de térmicas sustancias emf y depende de la corriente que fluye. Son gráficos de las curvas, y diferenciándolos con el fin de encontrar los valores extremos pueden recibir condiciones de diferencia máxima de temperatura (entre un cuarto y un refrigerador).

Las figuras muestran los resultados de tomar la operación derivado donde calcula corrientes óptimas para la resistencia R y el aumento del límite de termopar efecto de refrigeración. A partir de estas fórmulas se deduce que la máquina ideal ocurrirá si:

• La conductividad del mismo material termopar.
• La conductividad térmica del mismo material termopar.
• Los coeficientes de la fuerza electromotriz térmica iguales pero opuestas en signo.
• Las secciones transversales y longitudes de las ramas de la misma termopar.

Para llevar a cabo estas condiciones en la práctica es difícil. En este caso, el factor limitante es la relación de la temperatura del refrigerante de la unión fría a una diferencia de temperatura. Recordemos, esta es la descripción perfecta de la máquina, en la realidad, sin embargo, inalcanzable.

Cómo optimizar enfriador Peltier

Las figuras son gráficos variables que afectan a la eficiencia de los elementos Peltier. En primer lugar, es evidente - el coeficiente termo-fem tiende a cero con el aumento de concentración de portadores. Se recuerda que los metales no se consideran el mejor material para crear un termopar. conductividad térmica, por el contrario, aumenta. En la termodinámica, se cree que se compone de dos componentes:

1. reticular cristalina conductividad térmica.
2. conductividad térmica electrónica. Dicho componente por razones obvias independiente de la concentración de portadores de carga libres y hace que la curva de crecimiento presentado en el gráfico. La conductividad térmica de la red cristalina permanece prácticamente constante.

Los investigadores están interesados ​​en el producto del cuadrado del coeficiente de FEM térmica de la conductividad eléctrica. Dicho valor se coloca en el numerador de la expresión para el coeficiente de rendimiento. Según extremum observada a una concentración de portadores libres en la región de 10 a 19 unidades de grados por centímetro cúbico. Esto es tres órdenes de magnitud menor que la observada en los metales puros de la que sigue inmediatamente a la conclusión de que el material ideal para los semiconductores se Peltier elementos.

La proporción del segundo componente tiene un relativamente bajo abajo en el eje de abscisas, y se dejó de tomar el material de este intervalo. La conductividad eléctrica de los aisladores es demasiado pequeño, lo que explica la imposibilidad de su uso en este contexto. Todo esto le permite establecer la razón por la que los resultados no son tomadas en serio Altenkirchen.

La teoría cuántica aplica al elemento Peltier

Termodinámica no permite un cálculo preciso, pero cualitativamente describe el proceso de selección de material para los elementos Peltier. Para remediar la situación, los físicos llaman en la teoría cuántica. Opera con los mismos valores, expresada en términos de la concentración de portadores de carga libres, el potencial químico, la constante de Boltzmann. Estas teorías se hacen también se llama cinética (o microscópica), ya que se considera mundo ilusorio y desconocida de partículas diminutas. Entre los signos se encuentran:

1. l - recorrido libre medio de los portadores de carga. Depende de la temperatura. El resultado se determina mediante el exponente de la dispersión de electrones mecanismo r (por celosías atómicas es 0; iónica y temperaturas por debajo de Debye - 0,5; por encima de Debye - 1; cuando la dispersión de los iones de impureza - 2).
2. f - función de distribución de Fermi (los niveles de energía).
3. x - la energía cinética reducida de los portadores de carga.

Integrales de las funciones de Fermi se enumeran en la tabla, su cálculo no es difícil. Las ecuaciones de la teoría microscópica de la decisión con respecto al coeficiente de termo-fem y la conductividad eléctrica, que le permite encontrar el coeficiente de rendimiento. Estas operaciones complejas realizadas por la BI De lado, que establece que el valor óptimo del coeficiente de Seebeck está en el intervalo entre 150 y 400 mV / K, sino que depende del grado de dispersión de mecanismo. A primera vista, es evidente que no se observan los valores de los metales. Como resultado de ello, un grupo de físicos dirigidos por Joffe muestra que el mejor material para termopares debe satisfacer una serie de condiciones:

1. La relación máxima de movilidad al coeficiente de conductividad térmica de la red cristalina.
2. La concentración de portadores de acuerdo con la fórmula que se muestra en la figura.

VP Zhuze indica qué sustancias exhiben la movilidad deseada. Su estructura cristalina está a medio camino entre la atómica y metal. La introducción de impurezas en el material siempre reduce la movilidad. Esto explica el hecho de que el coeficiente de termo-fem de aleaciones es superior a la de los materiales puros. Pero el aumento de la impureza r. El material ideal no existe en la naturaleza, coeficiente termo-emf debe mantener un valor constante de 172 mV / K. Se requiere que la concentración varía como se indica en la figura (ver. de la reivindicación. 2).

Semiconductores posibilidad de elegir diferentes materiales, donde la concentración de portadores depende de la temperatura, y buscar aquellos en los que la diferencia es prácticamente cero. Debido a la combinación de estas cualidades puede tratar de encontrar el más cercano al material ideal.

la construcción de los refrigeradores

Para mejorar el efecto Peltier elementos se combinan en paralelo. Sin embargo, su poder retirarse. Con el fin de construir sus propios refrigeradores necesitan ser conscientes del cálculo de la pérdida de calor a través de la estructura plana. calculadoras especiales creados, muchos están disponibles en línea.

Está involucrado en el diseño de una desventaja al azar por razones obvias. Y la buena noticia es que los elementos Peltier son significativamente más baratos en los últimos años. comprar productos ali-express de china de 60 vatios para 300 rublos. No es difícil ver que durante 3000 se pueden montar refrigerador. Y lo que mantendría la temperatura depende del diseño que requiere cálculo.