A Peltier elem egy elektromos eszköz, amely elektromos áram hatására hőmérsékletkülönbséget generál a munkahelyeken. A cselekvés elve a Seebeck ellentétes hatása. Figyelemre méltó, hogy a hőelem összekötő kapcsai, valamint a fémek érzékeny helyén való igazi csomópontja is elfogadható.Nem szabad félrevezetni, a végeket általában a mérőáramkörhöz kell csatlakoztatni, és ne érjen hozzá.
A termoelektromosság hatásai
1820. július 21. fordulópontnak számít a történelem fejlődésében: Oersted úgy döntött, hogy közzéteszi észrevételeit az áramhordozó vezetéknek a mágneses tű tájolására gyakorolt hatásáról. További felfedezések követik egymást, érdekeltek az első galvanométer találmánya. A gyártó, Schweigger, a készüléket szorzónak nevezte, hogy képes legyen a mágneses tűn lévő áramot tartalmazó huzalok több fordulata hatásának szorzására. Ennek köszönhetően, egy évvel később( 1821), a magyarországi Seebeck-féle fizikus termoelektromosságot fedezett fel. Jól ismert, hogy mi történt 5 évvel később George Ohm-hoz, hogy megszerezze a világhírű törvényt.
Om Georg
Az irodalom azt mondja, hogy Seebeck olyan szolenoidot használt, amely többféle huzalfordulattal és mágneses tűt használ detektorként. A történet csendes, mivel a bizmut-antimon tüske a tudósra csapódott, de azt mondja, hogy a tudós erőforrásként csatlakoztatta a tandemet, és folyamatosan látta az iránytű oszcillációkat, amikor a hőelemet a kezébe vette. Valószínűleg közel állt a saját felülúszó képességei felfedezéséhez, de ennek következtében arra a következtetésre jutottak, hogy a kezek melegsége hibás. Nagyszerű eredmények, a tudós elérte a világító lámpát hőforrásként. Az
Seebeck félreértelmezte a kísérlet eredményét, a felfedező mágneses polarizációt hívta fel: a fűtési pontnak a másik végére történő elmozdítása megváltoztatta a nyílhajlás irányát. Ennek eredményeképpen helytelen elméletet építettek. Elkezdték azt állítani, hogy a hőmérséklet lehetővé teszi a mágneses tulajdonságok közvetlen megszerzését, és a földterület a vulkánok tevékenységének köszönhető.Georg Ohm már röviddel az ismertetett felfedezés után termo-emf-et alkalmazott egy ismert törvény megalkotására, és 1831-ben hasonló forrást használtak az elektrolízis kísérletekben.
A termo-emf érték kicsi.Általában tíz mV.Ha konkrét értéket szeretne találni, használja a táblákat. A Platinum a Föld éghajlati tartományának hőmérséklete. A táblázatok tartalmazzák a megadott fémből készült hőelemek termo-emf értékét és a vizsgált: króm, alumínium, réz, vas. Az értékek pozitívak és negatívak. Például az antimon esetében ez +4,7 mV, a bizmut pedig mínusz 6,5.Az értékek összeadódnak, és nyilvánvalóvá válik, hogy amikor a hőmérséklet-különbség egy pár 100 fokos EMF végein 12,2 mV-on van kialakítva. Georg Om hasonló feltételeket próbált megteremteni az első vég jégbe merítésével, a második forró vízbe.
Az
referencia táblázatok termoelektromosságának hatása néha sok értéket tartalmaz. Például különböző hőmérsékletekhez 100 fokos lépésekben. Ezután lehetséges az egyes értékek kiszámítása, de a nulla helyettesítése bármely meghatározott hőmérséklet esetén. A nagyobb és kisebb érték közötti különbséget vesszük figyelembe. Az egyes hőelemeknél bizonyos hőmérsékleten a termo-emf iránya az ellenkezőjére változik. Például réz és vas esetében a határpont 540 Celsius fok.
Peltier Effect
A Peltier Effect-et a hőelektródás tükörképe. Ebben az esetben az áram a hőelem első végétől a másodikhoz továbbítja a hőt. Az irányváltással és a fűtött oldallal ellenkező irányba fordul. A hatást 1834-ben fedezték fel, félreértelmezve. Csak 4 évvel később, a „honfitársa” Lenznek sikerült fagyasztania és párologtatni egy csepp vizet egy hőelem segítségével. Minden esetben a jelenlegi saját irányt mutatott.
A hatás egyszerűen magyarázható a modern fizikában. Tegyük fel, hogy két különböző félvezető van ugyanolyan típusú vezetőképességgel. Az elektronok mindegyike más energiaértéket kap, és a szintek mindkét esetben közel vannak. Most képzeld el, hogy az elektromos áram kezdett átadni egy díjat egy közegről a másikra. Mi fog történni? A magas energiájú elektronok, amelyek alacsony szinten vannak, extra összeget adnak a kristályrácsnak, ami fűtést eredményez.Éppen ellenkezőleg, ha az energia nem elegendő, akkor a kristályrácsból kerül átadásra, ami a csomópont hűtését okozza.
Peltier effekt
Ha a félvezetők vezetőképessége nem egyforma, akkor a hatás másképp magyarázható.A p-anyagba belépő elektron egy lyuk( pozitív töltéshordozó) helyét veszi fel az energia szintjén. Ennek eredményeként elveszíti a mozgás kinetikus energiáját és a jelenlegi és a múltbeli állapot közötti különbséget. A felszabadult mennyiség a pn-átmenet mindkét oldalán szabad hordozók kialakulásához vezet. A fennmaradó részt a kristályrácsról jelentik, amelyből a fűtés előrehalad. Ha a kezdeti pillanatban az energia kisebb, a csomópont hűtése megkezdődik. A rekombinációs adathordozót az áramforrás pótolja.
A felszabaduló vagy elnyelt hő mennyisége arányos a vezetőn áthaladó töltéssel. A lineáris függőség képletében az együttható Peltier nevet kapta. Hasonló értéket vezetnek be a Seebeck nevű termoelektromosságra. A képletből következik, hogy a Joule-Lenz hatással ellentétben a felszabaduló hő mennyisége arányos az elektromos áram első fokával( meghatározva az átvitt töltést).
Thomson effekt
A Seebeck és Peltier együtthatók alapján az Lord Kelvin( Thomson) 1856-ban új hatást prognosztizált: a központban hevített vezető egyik oldalán hűti, a másik pedig forró.Az elméleti adatokat empirikusan megerősítik, így megnyitva az utat az éghajlati technológia és más dolgok létrehozásához.
Az Úr Thomson ötlete: ha a vezető mentén hőmérséklet-gradiens van( lásd az Elektromos mezőt), a hő áramlik, amikor az áram folyik. Ez a készülék a hőszivattyú elvén működik. A szállított teljesítmény arányos a gradienssel: annál meredekebb a hőmérséklet változása a vezetőhossz mentén, annál nagyobb a hőhatás.
A képletben az arányossági együttható a Thomson nevet kapta, és a termoelektromosság és a Peltier együtthatókhoz kapcsolódik. A szerzők a kinetikus( mikroszkópos) elmélet szerint magyarázatot adtak, amely a töltéshordozók energiaállapotainak szintjével működik. Lord Kelvin ragaszkodott a termodinamikai( makroszkopikus) koncepcióhoz, ahol a globális áramlásokat és erőket figyelembe veszik. Ez a különbség a fizika számos ágára vonatkozik. Például az Ohm törvénye egy láncszakaszra a dolgok termodinamikai nézetének változata.
hívás és hasonlóság. A termodinamikai koncepcióban a következő konstansokat alkalmazzuk: a hővezető-tényező( Fourier-törvény) és az izotermikus vezetőképesség( Ohm-törvény) beszéde.
Az
következményei A tárgyalt témához kapcsolódó számos hasznos törvény:
- A hőmérséklet miatt homogén anyag zárt áramkörében az elektromos áram nem tartható fenn. Ez a kijelentés a német fizikus, Magnus nevét viseli. Néha homogén lánc törvényének is nevezik.
- A közbenső fémek joga azt állítja, hogy a zárt hurok termo-emf algebrai összege, amely a heterogén vezető anyagok bármely szegmenséből áll, nulla, feltéve, hogy a szakaszok hőmérséklete azonos.
Thompson effekt
Hőelektromos és elektrotermikus hatások használata
Hosszú ideig a közvetlen és inverz termoelektromos hatás nem talált alkalmazást, a hasznos érték túl kicsi volt. Fokozatosan a fizikusok olyan ötvözeteket hoztak létre, amelyek tulajdonságai átfedik a Peltier és Lenz által használt nagyméretű fémeket. Most a hőelektromosságot alkalmazzák. Emelje fel a hűtőszekrény termosztátját vagy a mozgó alkatrészek nélküli termoelektromos hűtőt. Az űripar sokkal érdekesebb, ahol a jelenséget fotorezisztorok hűtésére használják: amikor a hőmérséklet csak 10 fokos csökken, az ilyen érzékelők érzékenysége nagyságrenddel nő.
A leírt műszaki megoldások további előnye a tömörség és az alacsony energiafogyasztás: 150 g tömegű, 50-60 fokos hűtőegységgel hűti le a termisztort. A fogyasztói elektronikában a Peltier hatás támogatja a személyi számítógépek rendszeregységében a processzorok normál módját. Igen, érdemes a műszaki megoldás nem olcsó, de a zajmentes. Például a 2010-es évek hűsítői otthon hűtőszekrényeket terveznek. Magas hatékonyság nem érhető el a testen belüli nagy veszteségek miatt. De az új szigetelő építőanyagok megjelenésével a helyzet javulni fog.
Érdekes módon, amikor az elektromos áram iránya változik, a hatás ellenkező irányba kezd. Fűtés lehetséges. A leírt hatások alapján termosztátok jönnek létre, amelyek a hőmérsékletet ezredmásodpercre figyelik. Az ígéretes területek között ünnepeljük a hazai légkondicionálókat és más hűtőrendszereket. A legjelentősebb hátránya az ár. Nem szabad elfelejtenünk, hogy a klímaberendezés hatékonysága általában nagyobb, mint 1, ez az egység a hőszivattyú elvén alapul. Hagyja a hatékonyságot jelentősen csökkenni a környezeti hőmérséklet emelkedésével, míg a hőelemek messze elmaradnak a hagyományos hűtési módoktól, 10% -kal.
Express más véleményeket. Ioffe akadémikus, melynek a maximumai a fenti témakörben használatosak, javasolták a helyiségek fűtési és hűtési rendszereinek megosztását osztott rendszerként. Ebben az esetben egy komplikáció merül fel, mint a tipikus kondicionálóknál, de a hatékonyság 200% -ot ér el. Jelentés: a fűtés során például egy hőelnyelő csomópont kerül elhelyezésre, és a fejlődő csomópont beltérben van elhelyezve. Nem könnyű a hőt kilépni a hidegből, mert a technika korlátai vannak. Ez a módszer azonban nem tiltja hőszivattyúk létrehozását.
A Peltier elemet használó klímaberendezések feltétel nélküli előnyei közé tartozik az ellenkező irányú munkavégzés. Nyáron a kályha légkondicionált lesz. Csak az áramlás irányának megváltoztatása szükséges. Az ellentétes fejlemények ismertek, amelyek a napenergiát elektromos energiává alakítják. De míg az ilyen minták szilícium alapján készülnek, és nincs hely a hőelemek számára.
Anyagok hőelemek létrehozásához
Nyilvánvaló, hogy a hagyományos fémek nem alkalmasak hatékony rendszerek létrehozására. Szükséges egy 100 μV-tól 1 fokos teljesítményű párhoz. Az utóbbi esetben nagy hatékonyságot érünk el. Az anyagok a bizmut, antimon, tellurium, szilícium, szelén ötvözetei. A komponensek hátrányai közé tartozik a törékenység és a viszonylag alacsony üzemi hőmérséklet. Az alacsony hatékonyság növeli a korlátokat, de a nanotechnológia bevezetésével reméljük, hogy a szokásos keretrendszer megszűnik. Az ígéretes területeken dolgozó tudósok alapvetően új, félvezetős bázis kifejlesztését hívták fel, amely valóban egyedi tulajdonságokkal rendelkezik, beleértve az anyagok energiaszintjének pontos értékét is.
