kategorier: Interessante fakta, Interessante elektriske nyheter
Antall visninger: 86993
Kommentarer til artikkelen: 8
Peltier-effekt: den magiske effekten av elektrisk strøm
Begynnelsen av 1800-tallet. Fysikk og elektroteknikkens gullalder. I 1834 plasserte den franske urmakeren og naturforskeren Jean-Charles Peltier en dråpe vann mellom vismut og antimonelektroder, og førte deretter en elektrisk strøm gjennom kretsløpet. Til sin forbauselse så han at dråpen plutselig hadde frosset ned.
Den termiske effekten av elektrisk strøm på lederne var kjent, men den motsatte effekten lignet med magi. Du kan forstå følelsene til Peltier: dette fenomenet i krysset mellom to forskjellige fysiske områder - termodynamikk og elektrisitet, forårsaker en følelse av undring i dag.
Kjøleproblemet var ikke så akutt som det er i dag. Derfor ble Peltier-effekten adressert først etter nesten to århundrer, da elektroniske apparater dukket opp, for bruk av hvilke miniatyrkjølingssystemer var nødvendige. verdighet Peltier kjøleelementer er små dimensjoner, fraværet av bevegelige deler, muligheten for kaskadetilkoblinger for å oppnå store temperaturforskjeller.
I tillegg er Peltier-effekten reversibel: når polariteten i strømmen gjennom modulen endres, erstattes kjøling av oppvarming, så det er enkelt å implementere systemer med nøyaktig temperaturvedlikehold - termostater. Ulempen med Peltier-elementer (moduler) er lav virkningsgrad, som krever oppsummering av store strømverdier for å oppnå en merkbar temperaturforskjell. Kompleksiteten er representert ved fjerning av varme fra platen motsatt av det avkjølte planet.
Men først ting først. La oss først prøve å vurdere de fysiske prosessene som er ansvarlige for det observerte fenomenet. Uten å kaste oss ned i avgrunnen av matematiske beregninger, vil vi bare prøve å forstå arten av dette interessante fysiske fenomenet på "fingrene".
Siden vi snakker om temperaturfenomener, erstatter fysikere, for enkelhets skyld en matematisk beskrivelse, vibrasjonene til atomgitteret til et materiale med en viss gass bestående av, som det var, partikler - fononer.
Temperaturen på fonongassen avhenger av omgivelsestemperaturen og metallets egenskaper. Da er ethvert metall en blanding av elektron- og fonongasser i termodynamisk likevekt. Når to forskjellige metaller kommer i kontakt i fravær av et eksternt felt, trenger en "varmere" elektrongass inn i en "kaldere" sone, og skaper en kontaktpotensialforskjell kjent for alle.
Når du bruker potensiell forskjell på overgangen, dvs. når strøm flyter gjennom grensen til to metaller, tar elektroner energi fra fononene til det ene metallet og overfører det til fonongassen til et annet. Med en endring i polaritet endrer overføring av energi, som betyr at oppvarming og kjøling, skilt.
I halvledere er elektroner og "hull" ansvarlige for energioverføring, men mekanismen for varmeoverføring og utseendet til en temperaturforskjell er bevart. Temperaturforskjellen øker til høyeenergi-elektroner er utladet. Temperaturbalansen setter inn. Dette er det moderne beskrivelsesbildet Peltier-effekt.
Det er klart av det Peltier element ytelse avhenger av valg av et par materialer, strømstyrke og hastighet på varmefjerning fra den varme sonen. For moderne materialer (vanligvis halvledere) er effektiviteten 5-8%.
Og nå om den praktiske anvendelsen av Peltier-effekten. For å øke den blir individuelle termoelementer (kryss av to forskjellige materialer) satt sammen i grupper som består av titalls og hundrevis av elementer. Hovedformålet med slike moduler er avkjøling av små gjenstander eller mikrokretser.
Termoelektrisk kjølemodul
Moduler basert på Peltier-effekten blir mye brukt i nattsynsenheter med en matrise av infrarøde mottakere.Ladekoblede mikrokretser (CCD), som også brukes i dag i digitale kameraer, krever dyp avkjøling for å ta bilder i det infrarøde området. Peltier-moduler kjøler infrarøde detektorer i teleskoper, aktive laserelementer for å stabilisere strålingsfrekvensen, krystalloscillatorer i eksakte tidssystemer. Men dette er alle militære og spesielle bruksområder.
Nylig har Peltier-moduler funnet anvendelse i husholdningsprodukter. Hovedsakelig innen bilteknologi: klimaanlegg, bærbare kjøleskap, vannkjøler.
Et eksempel på praktisk bruk av Peltier-effekten
Den mest interessante og lovende bruken av moduler er datateknologi. Høyeffektive mikroprosessorer, prosessorer og videokortbrikker avgir mye varme. For å kjøle dem, brukes høyhastighetsvifter, som skaper betydelig akustisk støy. Bruken av Peltier-moduler som en del av kombinerte kjølesystemer eliminerer støy ved betydelig varmefjerning.
kompakt USBkjøligere ved bruk av Peltier-moduler
Og til slutt, et logisk spørsmål: vil Peltier-moduler erstatte konvensjonelle kjølesystemer i husholdningskjøleskap? I dag er det ulønnsomt med tanke på effektivitet (lav effektivitet) og pris. Kostnaden for kraftige moduler er fremdeles ganske høy.
Men teknologi og materialvitenskap står ikke stille. Det er umulig å utelukke muligheten for utseende av nye, billigere materialer med høy effektivitet og en høy Peltier-koeffisient. Allerede i dag er det rapporter fra forskningslaboratorier om de fantastiske egenskapene til nanokarbonmaterialer som radikalt kan endre situasjonen med effektive kjølesystemer.
Det ble rapportert om høy termoelektrisk figur av fortjeneste av clastrates - faste løsninger som er lignende i struktur som hydrater. Når disse materialene kommer ut av forskningslaboratorier, vil helt stille kjøler med ubegrenset levetid erstatte våre vanlige hjemmemodeller.
PS! ettoh av de fleste interessant funksjoner termoelektrisk teknologi er det det er hun kan ikke bare å bruke elektrisk energi for å få varme og kulde, men også takk til henne WMSmen start omvendt prosess, og for eksempel få elektrisk energi fra varmen.
Et eksempel på hvordan du kan få strøm fra varme med ved hjelp av termoelektrisk modul (termoelektrisk generator) se på dette video:
Hva synes du om dette? Venter på kommentarer!
Se også på elektrohomepro.com
: