Kesan Peltier: kesan sihir arus elektrik

Awal abad ke-19. Zaman Emas Fizik dan Kejuruteraan Elektrik. Pada tahun 1834, pembuat jam tangan Perancis dan naturalis Jean-Charles Peltier meletakkan setitik air antara elektroda bismut dan antimon, dan kemudian melepasi arus elektrik melalui litar. Untuk kebimbangannya, dia melihat bahawa penurunan itu tiba-tiba beku.

Kesan haba arus elektrik pada konduktor diketahui, tetapi kesan sebaliknya adalah sama dengan sihir. Anda boleh memahami perasaan Peltier: fenomena ini di persimpangan dua bidang fizik - termodinamik dan elektrik - menyebabkan rasa tertanya-tanya hari ini.

Masalah penyejukan tidak begitu teruk seperti sekarang. Oleh itu, kesan Peltier ditangani hanya selepas hampir dua abad, apabila peranti elektronik muncul, untuk operasi yang mana sistem penyejukan kecil diperlukan. Kebajikan Unsur penyejukan Peltier adalah dimensi kecil, ketiadaan bahagian bergerak, kemungkinan sambungan lata untuk mendapatkan perbezaan suhu yang besar.

Di samping itu, kesan Peltier boleh diterbalikkan: apabila polariti arus melalui perubahan modul, penyejukan digantikan dengan pemanasan, jadi mudah untuk melaksanakan sistem penyelenggaraan suhu yang tepat - termostat. Kelemahan elemen Peltier (modul) adalah kecekapan yang rendah, yang memerlukan penjumlahan nilai semasa yang besar untuk mendapatkan perbezaan suhu yang ketara. Kerumitan diwakili oleh penyingkiran haba dari plat yang bertentangan dengan pesawat yang disejukkan.

Tetapi perkara pertama yang pertama. Pertama, mari kita cuba untuk mempertimbangkan proses fizikal yang bertanggungjawab terhadap fenomena yang diperhatikan. Tanpa terjerumus ke dalam julat perhitungan matematik, kita akan cuba memahami sifat fenomena fizikal yang menarik ini pada "jari".

Oleh kerana kita bercakap tentang fenomena suhu, ahli fizik, untuk kemudahan penerangan matematik, menggantikan getaran kisi atom suatu bahan dengan gas tertentu yang terdiri daripada, sepertinya, zon - fonon.

Suhu gas phonon bergantung kepada suhu ambien dan sifat-sifat logam. Kemudian, sebarang logam adalah campuran elektron dan gas phonon dalam keseimbangan termodinamik. Apabila dua logam yang berlainan bersentuhan dengan tidak ada medan luaran, gas elektron "panas" menembusi zon "sejuk", mewujudkan perbezaan potensi hubungan yang diketahui oleh semua orang.

Apabila memohon perbezaan potensi kepada peralihan, i.e. sebagai aliran semasa melalui sempadan dua logam, elektron mengambil tenaga dari fonon satu logam dan memindahkannya ke gas phonon yang lain. Dengan perubahan polariti, pemindahan tenaga, yang bermaksud pemanasan dan penyejukan, perubahan tanda.

Dalam semikonduktor, elektron dan "lubang" bertanggungjawab untuk pemindahan tenaga, tetapi mekanisme pemindahan haba dan penampilan perbezaan suhu diawetkan. Perbezaan suhu meningkat sehingga elektron tenaga tinggi berkurangan. Set keseimbangan suhu dalam. Ini adalah gambaran ringkas moden Kesan peltier.

Ia jelas dari itu Prestasi unsur peltier bergantung kepada pemilihan sepasang bahan, kekuatan semasa dan kelajuan pemindahan haba dari zon panas. Untuk bahan moden (biasanya semikonduktor), kecekapan adalah 5-8%.

Dan kini mengenai aplikasi praktikal kesan Peltier. Untuk meningkatkannya, termokopel individu (persimpangan dua bahan yang berlainan) dipasang ke dalam kumpulan yang terdiri daripada puluhan dan ratusan unsur. Tujuan utama modul sedemikian ialah penyejukan objek kecil atau mikrosirkuit.

Modul Penyejuk Termoelektrik

Modul berdasarkan kesan Peltier digunakan secara meluas dalam peranti penglihatan malam dengan matriks penerima inframerah.Cakera mikropemproses yang dipadankan (CCDs), yang juga digunakan hari ini dalam kamera digital, memerlukan penyejukan mendalam untuk merekodkan imej di kawasan inframerah. Modul Peltier menyejukkan pengesan inframerah dalam teleskop, elemen laser aktif untuk menstabilkan frekuensi radiasi, pengayun kristal dalam sistem masa yang tepat. Tetapi ini semua aplikasi ketenteraan dan khas.

Baru-baru ini, modul Peltier telah menemui permohonan dalam produk rumah tangga. Terutamanya dalam teknologi automotif: penghawa dingin, peti sejuk mudah alih, penyejuk air.

Contoh penggunaan praktikal kesan Peltier

Aplikasi modul yang paling menarik dan menjanjikan adalah teknologi komputer. Pemproses mikropemproses, pemproses, dan kad video berkinerja tinggi memancarkan banyak haba. Untuk menyejukkan mereka, peminat berkelajuan tinggi digunakan, yang menghasilkan bunyi akustik yang penting. Penggunaan modul Peltier sebagai sebahagian daripada sistem penyejukan gabungan menghilangkan bunyi bising dengan penyingkiran haba yang ketara.

Padat USBsejuk menggunakan modul Peltier

Dan, akhirnya, soalan yang logik: akan modul Peltier menggantikan sistem penyejukan konvensional dalam peti sejuk isi rumah kompresor? Hari ini tidak menguntungkan dari segi kecekapan (kecekapan rendah) dan harga. Kos modul yang berkuasa masih tinggi.

Tetapi sains teknologi dan bahan tidak berhenti. Tidak mustahil untuk menolak kemungkinan penampilan baru, bahan yang lebih murah dengan kecekapan yang tinggi dan pekali Peltier yang tinggi. Sudah hari ini ada laporan dari makmal penyelidikan tentang sifat-sifat nanokarbon yang hebat yang secara radikal boleh mengubah keadaan dengan sistem penyejukan yang efisien.

Terdapat laporan angka thermoelectric tinggi merit clastrates - penyelesaian pepejal yang sama dalam struktur untuk hidrat. Apabila bahan-bahan ini keluar dari makmal penyelidikan, penyejuk sepenuhnya senyap dengan kehidupan perkhidmatan yang tidak terhad akan menggantikan model rumah biasa kami.

P.S. Satuoh yang paling banyak menarik ciri-ciri teknologi termoelektrik itu dia adalah boleh bukan sahaja untuk digunakan tenaga elektrik untuk mendapatkan haba dan sejuk, tetapi juga terima kasih kepadanya bolehtetapi mulakan proses terbalik, dan, misalnya, dapatkan tenaga elektrik dari haba.  

Contoh bagaimana anda boleh dapatkan elektrik dari haba dengan menggunakan modul termoelektrik (penjana thermoelectric) lihat ini video:

Apa pendapat anda tentang ini? Menunggu komen anda!