категории: Интересни факти, Интересни електрически новини
Брой преглеждания: 86993
Коментари към статията: 8

Ефект на Пелтие: магическият ефект на електрическия ток

 

Ефект на Пелтие: магическият ефект на електрическия токНачалото на 19 век. Златният век на физиката и електротехниката. През 1834 г. френският часовникар и натуралист Жан-Чарлз Пелтие постави капка вода между електродите на бисмута и антимона, след което премина електрически ток през веригата. За негово учудване той видя, че капката внезапно е замръзнала.

Топлинният ефект на електрическия ток върху проводниците беше известен, но обратният ефект беше подобен на магията. Можете да разберете чувствата на Пелтие: това явление в пресечната точка на две различни области на физиката - термодинамика и електричество - предизвиква чувство на чудо днес.

Проблемът с охлаждането не беше толкова остър, колкото днес. Следователно ефектът на Пелтие беше разгледан едва след почти два века, когато се появиха електронни устройства, за функционирането на които бяха необходими миниатюрни системи за охлаждане. достойнство Пелетни охлаждащи елементи са малки размери, отсъствие на подвижни части, възможност за каскадни връзки за получаване на големи температурни разлики.

В допълнение, ефектът на Пелтие е обратим: когато полярността на тока през модула се промени, охлаждането се заменя с отопление, така че е лесно да се внедрят системи за точно поддържане на температурата - термостати, Недостатъкът на елементите (модулите) на Peltier е ниската ефективност, която изисква сумиране на големи стойности на тока, за да се получи забележима разлика в температурата. Сложността е представена чрез отстраняване на топлина от плочата, противоположна на охладената равнина.

Но първо първо. Първо, нека се опитаме да разгледаме физическите процеси, отговорни за наблюдаваното явление. Без да се потопим в бездната на математическите изчисления, просто ще се опитаме да разберем естеството на това интересно физическо явление на „пръстите“.

Тъй като говорим за температурни явления, физиците, за удобство на математическо описание, заменят вибрациите на атомната решетка на даден материал с определен газ, състоящ се от частици - фонони.

Температурата на фононовия газ зависи от околната температура и свойствата на метала. Тогава всеки метал е смес от електрон и фононови газове в термодинамично равновесие.Когато два различни метала влизат в контакт при липса на външно поле, „по-горещ“ електронен газ навлиза в зоната на „по-студеното“, създавайки разлика на потенциал за контакт, известна на всички.

При прилагане на потенциалната разлика към прехода, т.е. докато токът тече през границата на два метала, електроните поемат енергия от фононите на един метал и го прехвърлят към фононния газ на друг. С промяна в полярността, прехвърлянето на енергия, което означава, че нагряването и охлаждането променят знака.

В полупроводниците електроните и „дупките“ са отговорни за пренос на енергия, но механизмът на топлопредаване и появата на температурна разлика се запазват. Разликата в температурата се увеличава до изчерпване на високоенергийните електрони. Температурното равновесие се настройва. Това е съвременната картина на описанието Ефект на Пелтие.

От него става ясно, че Изпълнение на елементи на Peltier зависи от избора на чифт материали, силата на тока и скоростта на отвеждане на топлината от горещата зона. При съвременните материали (обикновено полупроводници) ефективността е 5-8%.


А сега за практическото приложение на ефекта Пелтие. За да го увеличите, отделните термодвойки (съединения от два различни материала) се сглобяват в групи, състоящи се от десетки и стотици елементи. Основната цел на такива модули е охлаждането на малки обекти или микросхеми.

Термоелектрически модул

Термоелектрически охлаждащ модул

Модулите, базирани на ефекта на Peltier, се използват широко в устройства за нощно виждане с матрица от инфрачервени приемници.Микросхемите, свързани с заряда (CCD), които се използват и днес в цифровите камери, изискват дълбоко охлаждане за запис на изображения в инфрачервения регион. Peltier модулите охлаждат инфрачервените детектори в телескопите, активни лазерни елементи за стабилизиране на честотата на излъчване, кристални осцилатори в точни времеви системи. Но това са все военни и специални приложения.

Напоследък модулите на Peltier намериха приложение в домакинските продукти. Основно в автомобилната технология: климатици, преносими хладилници, водни охладители.

Пример за ефект на Пелтие

Пример за практическото използване на ефекта Пелтие

Най-интересното и обещаващо приложение на модулите е компютърната технология. Високопроизводителните микропроцесори, процесори и чипове за видеокарти отделят много топлина. За охлаждането им се използват високоскоростни вентилатори, които създават значителен звуков шум. Използването на Peltier модули като част от комбинираните системи за охлаждане елиминира шума със значително отделяне на топлина.

Компактен USB охладител с помощта на Peltier модули

компактен USBохладител с помощта на Peltier модули

И накрая, логичен въпрос: дали модулите на Peltier ще заменят конвенционалните системи за охлаждане в компресионни хладилници за бита? Днес това е нерентабилно по отношение на ефективност (ниска ефективност) и цена. Цената на мощните модули все още е доста висока.

Но технологията и материалознанието не стоят неподвижни. Невъзможно е да се изключи възможността за появата на нови, по-евтини материали с висока ефективност и висок коефициент на Пелтие. Вече днес има доклади от изследователски лаборатории за невероятните свойства на нановъглеродните материали, които могат коренно да променят ситуацията с ефективни охлаждащи системи.

Имаше съобщения за висока термоелектрична стойност на достойнствата на кластратите - твърди разтвори, подобни по структура на хидрати. Когато тези материали излязат от изследователски лаборатории, напълно безшумните охладители с неограничен експлоатационен живот ще заменят нашите обичайни домашни модели.


Послепис единох от най-много интересен функции термоелектрическа технология е това тя е мога не само да се използва електрическа енергия за да получите топлина и студ, но също така благодарение на нея WMSно започнете обратния процес и например вземете електрическа енергия от топлината.  

Пример как можете получите електричество от топлината с използвайки термоелектрически модул (термоелектрически генератор) погледни това видео:

Какво мислите за това? Чакам вашите коментари!

Вижте също на electrohomepro.com:

  • Peltier термоелектрически модул - устройство, принцип на работа, характеристика ...
  • Разнообразие от популярни модули Peltier
  • Термоелектричен ефект и охлаждане, ефект на Пелтие
  • Ефективно преобразувайте топлина в електричество с помощта на топлинни генератори ...
  • Термогенератори: как да заварявате електричество на газова печка

  •  
     
    Коментари:

    # 1 написа: Кузмич | [Цитиране]

     
     

    Нещо, което не разбрах, какви миливолти показа устройството? При 600mV и особено 300mV светодиодите няма да светят ...

     
    Коментари:

    # 2 написа: | [Цитиране]

     
     

    има запетая, стотни показва)

     
    Коментари:

    # 3 написа: | [Цитиране]

     
     

    Купих на Aliekspress 10бр елементи на Peltier само за 100r / pc. Сега чакам термоконтейнерът да дойде, за да измъкне хладилник със слънчева енергия, просто нещо за къмпинг.

     
    Коментари:

    # 4 написа: | [Цитиране]

     
     

    Александър, разбрахте ли вече колко и колко топлина ще трябва да се отстрани от "горещата" страна? И тогава, ако не го вземете, той се стреми да загрее целия елемент (естествено, разликата в температурата между страните остава)

     
    Коментари:

    # 5 написа: | [Цитиране]

     
     

    Рядка и малко известна тема, повдигната от изданието. Може би трябва да продължим развитието на темата. Може би покажете значението му с конкретни примери за изпълнение с числа.

     
    Коментари:

    # 6 написа: | [Цитиране]

     
     

    За използване на термоелектричен генератор SP1848 с по-висока ефективност в този режим.

     
    Коментари:

    # 7 написа: | [Цитиране]

     
     

    Александър, ниска ефективност и яде дорен, слънчевите панели няма да са достатъчни, постигнато охлаждане до 1 градус, докато консумирате 10 ампера при 12 волта

     
    Коментари:

    # 8 написа: Александър | [Цитиране]

     
     

    Да, ти, приятелю, правиш нещо нередно. Не забравяйте себе си 10А!
    Не успяхте 120 вата и в същото време сте получили само 1 градус ?! Охладихте ли апартамента? Ако не, тогава бързам да ви разстрои: вече е направен цял облак от автомобилни хладилници на елементи на Peltier. Разход 45-55W. Охлаждат се прилично, загряват също - градуси до +60 С лесно. Вижте готови, пазаруване на едро.