Peltier Element

Peltieri element on elektriseade, mis elektrivoolu mõjul tekitab töökohtades temperatuuri erinevuse. Toimimise põhimõte on Seebecki vastupidine mõju. Tähelepanuväärne on see, et termopaari ühendusklemmid, samuti reaalsed metallide ühendused sensori tundlikus kohas on lubatud. Te ei tohi eksitada, otsad on tavaliselt ühendatud mõõteahelaga ja ei puuduta.

Termoelektrilisuse mõju

21. juuli 1820 peetakse pöördepunktiks ajaloo arengus: Oersted otsustas avaldada oma tähelepanekud voolujuhtme mõju kohta magnetnõela orientatsioonile ruumis. Edasised avastused järgivad järjestikku, oleme huvitatud esimese galvanomeetri leiutamisest. Tootja, Schweigger, kutsus seadet kordajaks selle võime jaoks paljundada magnetvardale voolu kandva traadi mitme pöörde tulemus. Sellest tulenevalt avastas aasta hiljem( 1821) eesti päritolu füüsik Seebeck termoelektrilisuse. On hästi teada, et juhtus juhtus viis aastat hiljem George Ohmile maailmakuulsa õiguse saamiseks.

Kirjanduses öeldakse, et Seebeck kasutas detektorina mitut traadi ja magnetnõela pööret. Lugu on vaikne, sest vismut-antimoni piik tabas teadlast, kuid see ütleb, et teadlane ühendas tandemi energiaallikana ja nägi kompassi võnkumisi pidevalt, kui ta võttis termopaari kätte. See oli tõenäoliselt tema enda üleloomulike võimete avastamise lähedal, kuid selle tulemusena jõuti järeldusele, et käte soojus oli süüdi. Suured tulemused, teadlane on saavutanud, kasutades valgusallikat soojusallikana.

Seebeck tõlgendas katse tulemust valesti, kutsudes avastuse magnetilist polarisatsiooni: küttepunkti teisele otsale viimine muutis noole läbipainde suunda. Selle tulemusena ehitati vale teooria. Nad hakkasid kinnitama, et temperatuur võimaldab otseselt saada magnetilisi omadusi ja maa väli on tingitud vulkaanide aktiivsusest. Georg Ohm rakendas juba varsti pärast kirjeldatud avastust teadaoleva õiguse tuletamiseks termo-emfit ja 1831. aastal kasutati elektrolüüsi katsetes sarnast allikat.

Termo-emf väärtus on väike. Tavaliselt on kümne mV.Kui soovite leida kindlat väärtust, kasutage tabeleid. Platinum on maapinna kliimaseadmete temperatuuri võrdlusalus. Tabelites on esitatud termoelementide väärtus määratud metalli termopaaridel ja uuritud: kromel, alumel, vask, raud. Väärtused on positiivsed ja negatiivsed. Näiteks antimoni puhul on see +4,7 mV ja vismuti puhul miinus 6,5.Väärtused lisanduvad ja selgub, et kui temperatuuri erinevus 100 kraadi EMF paari otsas on moodustatud 12,2 mV juures. Georg Om püüdis luua sarnaseid tingimusi, kastes esimese otsa jääle ja teine ​​- keeva veega.

tugitabelite mõnikord sisaldab palju väärtusi. Näiteks erinevate temperatuuride puhul 100 kraadi võrra. Seejärel on võimalik iga väärtuse arvutamine, aga ka nulliga asendamine mis tahes määratletud temperatuuri puhul. Võetakse suurema ja väiksema väärtuse vahe. Teatud temperatuuriga üksikute termopaaride puhul muutub termo-emf suund vastupidiseks. Näiteks vase ja raua puhul on piirpunkt 540 kraadi.

Peltier Effect

Peltieri efekti nimetatakse peegelduseks termoelektrilisusest. Sel juhul edastab vool soojust termopaari esimesest otsast teise. Suuna muutmisega ja soojendusega pool pöörab vastupidist. Mõju avastati 1834. aastal, kuna seda tõlgendati valesti. Vaid 4 aastat hiljem suutis "kaasmaalane" Lenz külmutada ja aurustada tilk vett, kasutades termopaari. Igal juhul näitas praegune suund.

Efekt on lihtsalt kaasaegses füüsikas selgitatud. Oletame, et on kaks erinevat pooljuhtit, millel on sama tüüpi juhtivus. Igal elektronil on erinev energia väärtus ja mõlemal juhul on tasemed lähedased. Nüüd kujutage ette, et elektrivool hakkas tasusid ühelt söötmelt teisele üle kandma. Mis juhtub? Kõrge energiaga elektronid, olles madalal tasemel, annavad kristallvõrgule lisakoguse, mis tekitab kuumutamist. Vastupidi, kui energia ei ole piisav, kantakse see üle kristallvõrgust, mis põhjustab ristmiku jahutamist.

Kui pooljuhtide juhtivuse tüüp termopaaris ei ole sama, selgitatakse efekti erinevalt. P-materjalile sisenev elektron saab asetuse( positiivse laengukanduri) kohale energia tasemel. Selle tulemusena kaotab see liikumise kineetilise energia ja erinevuse praeguse ja praeguse oleku vahel. Vabanenud kogus läheb vabade kandjate moodustamiseks pn-ristmiku mõlemal küljel.Ülejäänud osa teatatakse kristallvõre, millest soojendus toimub. Kui energia algushetkel on väiksem, algab ristmiku jahutamine. Rekombinatsioonikandjat täiendab toiteallikas.

Vabanenud või neeldunud soojuse hulk on proportsionaalne juhtme kaudu kulgeva laenguga. Lineaarse sõltuvuse valemi koefitsienti nimetatakse Peltieriks. Samasugune väärtus on kehtestatud ka Seebecki nime saanud termoelektrilisuse jaoks. Sellest järeldub, et vabanenud soojuse kogus, erinevalt Joule-Lenzi efektist, on proportsionaalne esimese elektrivoolu astmega( ülekantava laengu määramine).

Thomsoni efekt

Seebecki ja Peltieri koefitsientide põhjal ennustas Lord Kelvin( Thomson) 1856. aastal uut efekti: keskel kuumutatud juht jahutab ühelt poolt ja liigub teisel küljel kuumalt. Teoreetilised andmed kinnitatakse empiiriliselt, avades tee kliimatehnoloogia ja muude asjade loomiseks.

Lord Thomsoni idee: kui juhil on temperatuuri gradient( vt. Elektrivälja), hakkab vool voolu ajal voolama. See seade töötab soojuspumba põhimõttel. Võimsus on proportsionaalne gradiendiga: mida järsem on temperatuuri muutumise graafik piki juhtme pikkust, seda suurem on termiline efekt.

Valemis on proportsionaalsuse koefitsient nime all Thomson ja see on seotud termoelektrilisuse ja Peltieri koefitsientidega.Ülaltoodud autorid andsid selgitusi vastavalt kineetilisele( mikroskoopilisele) teooriale, mis toimib laengukandjate energiaoleku tasemega. Lord Kelvin järgis termodünaamilist( makroskoopilist) kontseptsiooni, kus võetakse arvesse globaalseid voogusid ja jõude. See eristamine kehtib paljude füüsikaharude suhtes. Näiteks võib Omi seadust ahelasektsiooniks pidada asjade termodünaamilise vaate variandiks.

nimetatakse ja sarnasusi. Termodünaamilises kontseptsioonis kasutatakse massiivselt järgmisi konstante: kõne soojusjuhtivuse koefitsiendil( Fourier-seadus) ja isotermiline juhtivus( Omi seadus).

tagajärjed Mitmed kasulikud seadused, mis on seotud käsitletava teemaga:

1. Temperatuurist tingitud homogeense materjali suletud ahelas ei saa elektrivoolu säilitada. See väide kannab saksa füüsiku Magnuse nime. Mõnikord nimetatakse seda homogeenseks ahelaks.
2. Vahesaaduste seadus sätestab, et suletud ahela termo-emf algebraline summa, mis koosneb ükskõik millisest heterogeensete juhtivate materjalide segmentidest, on null, tingimusel et sektsioonide temperatuur on sama.

Termoelektriliste ja elektrotermiliste efektide kasutamine

Pika aja vältel ei leidnud otsene ja vastupidine termoelektriline efekt rakendust, kasulik väärtus osutus liiga väikeseks. Füüsikud on järk-järgult loonud sulamid, mille omadused kattuvad Peltieri ja Lenzi poolt kasutatavate puhta metalliga kahes suurusjärgus. Nüüd rakendatakse termoelektrit. Märgistage külmiku termostaat või termoelektrilised külmikud ilma liikuvate osadega. Kosmosetööstus on palju huvitavam, kus nähtust kasutatakse fotoresistorite jahutamiseks: kui temperatuur langeb ainult 10 kraadi, suureneb selliste andurite tundlikkus suurusjärgus.

Kirjeldatud tehniliste lahenduste täiendavaks eeliseks on kompaktsus ja madal energiatarbimine: 150 g kaaluga jahutab seade termistorit 50-60 kraadi võrra. Tarbeelektroonikas toetab Peltieri efekt personaalarvutite süsteemiüksuses töötlejate normaalset režiimi. Jah, see on väärt tehniline lahendus ei ole odav, kuid müra on tagatud. Näiteks 2010-ndate aastate alguses disaineritel on kodus kodus külmikud. Suure efektiivsusega ei ole võimalik saavutada suuri kahjusid keha kaudu. Kuid uute isolatsioonimaterjalide tekkimisega paraneb olukord.

Huvitav on see, et kui elektrivoolu suund muutub, hakkab efekt toimima vastupidises suunas. Küte on võimalik. Kirjeldatud mõjude põhjal luuakse termostaadid, mis jälgivad temperatuuri tuhandikeni. Paljude paljulubavate valdkondade hulgas tähistatakse kodumaiseid kliimaseadmeid ja muid jahutussüsteeme. Kõige märgatavam puudus on hind. Ja me ei tohi unustada, et konditsioneeri efektiivsus on reeglina suurem kui 1, see seade töötab soojuspumba põhimõttel. Laske keskkonnatemperatuuri tõusul järsult langeda efektiivsus, samal ajal kui termopaarid jäävad tavapäraste jahutusmeetodite taga 10% ulatuses.

Väljendage teisi arvamusi. Akadeemik Ioffe, millest mõned on ülalkirjeldatud teemal kasutatud, pakkusid ruumide kütmise ja jahutamise süsteemide loomist jagatud süsteemideks. Sellisel juhul tekib komplikatsioon nagu tavalised konditsioneerid, kuid efektiivsus ulatub 200% -ni. Tähendus: näiteks kuumutamisel paigutatakse soojust neelav ühenduskoht väljapoole ja arenev ristmik paigutatakse siseruumides. Külmast soojust ei ole kerge pöörata, sest tehnikal on piirangud. Siiski ei ole selle metoodika alusel keelatud soojuspumpade loomine.

Peltieri elemente kasutavate kliimasüsteemide tingimusteta eelised hõlmavad võimet töötada vastupidises suunas. Suvel muutub ahi kliimaseadmeks. Voolu suunda on vaja ainult muuta. Tuntud vastupidised arengud, mille eesmärk on muuta päikeseenergia elektrienergiaks. Aga kui sellised kujundused on tehtud räni baasil ja termopaare pole olemas.

Materjalid termopaaride loomiseks

Ilmselt ei sobi tavalised metallid võimsate süsteemide loomiseks. Vajab võimsust paari 100 µV kuni 1 kraadi. Viimasel juhul saavutatakse kõrge efektiivsus. Materjalid on vismuti, antimoni, telluuri, räni ja seleeni sulamid. Komponentide puuduseks on nõrkus ja suhteliselt madal töötemperatuur. Madal efektiivsus lisab piiranguid, kuid nanotehnoloogia kasutuselevõtuga on lootust, et tavaline raamistik ületatakse. Paljutõotavate valdkondade teadlased nimetasid põhimõtteliselt uue pooljuhtide baasi, millel on tõeliselt unikaalsed omadused, sealhulgas materjalide energiataseme täpne väärtus.