kategorier: Intressanta fakta, Intressanta elektriska nyheter
Antal visningar: 86993
Kommentarer till artikeln: 8
Peltiereffekt: den magiska effekten av elektrisk ström
Början av 1800-talet. Guldåldern för fysik och elektroteknik. 1834 placerade den franska urmakaren och naturforskaren Jean-Charles Peltier en droppe vatten mellan vismut- och antimonelektroderna och ledde sedan en elektrisk ström genom kretsen. Till sin förvåning såg han att droppen plötsligt hade fryst.
Den termiska effekten av elektrisk ström på ledarna var känd, men motsatt effekt liknade magi. Du kan förstå Peltiers känslor: detta fenomen vid korsningen mellan två olika områden inom fysik - termodynamik och elektricitet - orsakar en känsla av undring idag.
Kylproblemet var inte så akut som det är idag. Därför behandlades Peltier-effekten först efter nästan två århundraden, när elektroniska apparater dök upp, för vilka miniatyrkylsystem krävdes. värdighet Peltier kylelement är små dimensioner, frånvaron av rörliga delar, möjligheten till kaskadanslutningar för att få stora temperaturskillnader.
Dessutom är Peltier-effekten reversibel: när polariteten för strömmen genom modulen ändras, ersätts kylningen av uppvärmning, så det är lätt att implementera system för exakt temperaturunderhåll - termostater. Nackdelen med Peltier-element (moduler) är den låga verkningsgraden, vilket kräver summering av stora strömvärden för att uppnå en märkbar temperaturskillnad. Komplexiteten representeras av avlägsnande av värme från plattan mittemot det kylda planet.
Men först saker först. Låt oss först försöka ta hänsyn till de fysiska processerna som är ansvariga för det observerade fenomenet. Utan att kasta ned i avgrunden av matematiska beräkningar kommer vi helt enkelt att försöka förstå arten av detta intressanta fysiska fenomen på "fingrarna".
Eftersom vi talar om temperaturfenomen, ersätter fysiker, för att underlätta en matematisk beskrivning, vibrationerna i det atomära gitteret i ett material med en viss gas som består av, som sagt, partiklar - fononer.
Temperaturen på fonongasen beror på omgivningstemperaturen och metallens egenskaper. Sedan är vilken metall som helst en blandning av elektron- och fonongaser i termodynamisk jämvikt. När två olika metaller kommer i kontakt i frånvaro av ett yttre fält, kommer en "varmare" elektrongas in i zonen för en "kallare", vilket skapar en kontaktpotentialskillnad som är känd för alla.
Vid tillämpning av den potentiella skillnaden på övergången, dvs. när strömmen flyter genom gränsen för två metaller tar elektroner energi från en metons fononer och överför den till en annan fonongas. Med en förändring i polaritet ändrar överföring av energi, vilket innebär att uppvärmning och kylning, tecken.
I halvledare ansvarar elektroner och "hål" för energiöverföring, men mekanismen för värmeöverföring och utseendet på en temperaturskillnad bevaras. Temperaturdifferensen ökar tills högenergi-elektroner är uttömda. Temperaturjämvikt sätts in. Detta är den moderna bilden av beskrivningen Peltiereffekt.
Det framgår klart av det Peltier element prestanda beror på valet av ett par material, strömstyrka och hastighet för borttagning av värme från den varma zonen. För moderna material (vanligtvis halvledare) är verkningsgraden 5-8%.
Och nu om den praktiska tillämpningen av Peltier-effekten. För att öka det samlas individuella termoelement (korsningar av två olika material) i grupper bestående av tiotals och hundratals element. Huvudsyftet med sådana moduler är kylning av små föremål eller mikrokretsar.
Termoelektrisk kylmodul
Moduler baserade på Peltier-effekten används ofta i nattsynenheter med en matris av infraröda mottagare.Laddningskopplade mikrokretsar (CCD), som också används idag i digitalkameror, kräver djup kylning för att spela in bilder i det infraröda området. Peltier-moduler kyla infraröda detektorer i teleskop, aktiva laserelement för att stabilisera strålningsfrekvensen, kristalloscillatorer i exakta tidssystem. Men det här är alla militära och speciella tillämpningar.
Nyligen har Peltier-moduler hittat tillämpning i hushållsprodukter. Främst inom bilteknik: luftkonditioneringsapparater, bärbara kylskåp, vattenkylare.
Ett exempel på den praktiska användningen av Peltier-effekten
Den mest intressanta och lovande tillämpningen av moduler är datorteknik. Högpresterande mikroprocessorer, processorer och videokortchips avger mycket värme. För att kyla dem används höghastighetsfläktar som skapar betydande akustiskt ljud. Användningen av Peltier-moduler som en del av kombinerade kylsystem eliminerar buller med betydande värmeavlägsnande.
kompakt USBkylare med Peltier-moduler
Och slutligen en logisk fråga: kommer Peltier-moduler att ersätta konventionella kylsystem i hushållskylskåp? Idag är det olönsamt vad gäller effektivitet (låg effektivitet) och pris. Kostnaden för kraftfulla moduler är fortfarande ganska hög.
Men teknik och materialvetenskap står inte stilla. Det är omöjligt att utesluta möjligheten till utseende av nya, billigare material med hög effektivitet och en hög Peltier-koefficient. Redan idag finns rapporter från forskningslaboratorier om de fantastiska egenskaperna hos nanokarbonmaterial som radikalt kan förändra situationen med effektiva kylsystem.
Det rapporterades om hög termoelektrisk siffra för meriter av klastrater - fasta lösningar som liknar struktur med hydrater. När dessa material lämnar forskningslaboratorier kommer helt tysta kylare med obegränsad livslängd att ersätta våra vanliga hemmamodeller.
P.S. enoh av de mest intressant särdrag termoelektrisk teknik är det hon är kan inte bara att använda elektrisk energi för att få värme och kyla, men också tack till henne WMSmen starta den omvända processen och till exempel få elektrisk energi från värmen.
Ett exempel på hur du kan få el från värme med med hjälp av termoelektrisk modul (termoelektrisk generator) titta på det här video:
Vad tycker du om det här? Väntar på dina kommentarer!
Se även på elektrohomepro.com
: