kategorier: Interessante fakta, Interessante elektriske nyheder
Antal visninger: 86993
Kommentarer til artiklen: 8
Peltier-effekt: den magiske effekt af elektrisk strøm
Begyndelsen af det 19. århundrede. Guldalderen for fysik og elektroteknik. I 1834 placerede den franske urmager og naturforsker Jean-Charles Peltier en dråbe vand mellem vismut og antimonelektroder og førte derefter en elektrisk strøm gennem kredsløbet. Til sin forbløffelse så han, at dråbet pludselig var frosset.
Den termiske effekt af elektrisk strøm på lederne var kendt, men den modsatte virkning lignede magi. Du kan forstå følelserne ved Peltier: dette fænomen ved krydset mellem to forskellige fysiske områder - termodynamik og elektricitet, forårsager en følelse af mirakel i dag.
Køleproblemet var ikke så akut, som det er i dag. Derfor blev Peltier-effekten først behandlet efter næsten to århundreder, da elektroniske enheder dukkede op, til hvilke der blev krævet miniature-kølesystemer. værdighed Peltier køleelementer er små dimensioner, fraværet af bevægelige dele, muligheden for kaskadeforbindelser for at opnå store temperaturforskelle.
Derudover er Peltier-effekten reversibel: når polariteten i strømmen gennem modulet ændres, erstattes køling af opvarmning, så det er let at implementere systemer med nøjagtig temperaturvedligeholdelse - termostater. Ulempen ved Peltier-elementer (moduler) er lav effektivitet, hvilket kræver opsummering af store strømværdier for at opnå en mærkbar temperaturforskel. Kompleksiteten repræsenteres ved fjernelse af varme fra pladen modsat det afkølede plan.
Men først ting først. Lad os først prøve at overveje de fysiske processer, der er ansvarlige for det observerede fænomen. Uden at springe ned i afgrunden af matematiske beregninger, vil vi bare prøve at forstå arten af dette interessante fysiske fænomen på “fingrene”.
Da vi taler om temperaturfænomener, erstatter fysikere for nemheds skyld en matematisk beskrivelse vibrationerne i et atomers gitter af et materiale med en bestemt gas, der består af partikler - fononer.
Temperaturen på phonongassen afhænger af omgivelsestemperaturen og metalets egenskaber. Derefter er ethvert metal en blanding af elektron- og fonongasser i termodynamisk ligevægt. Når to forskellige metaller kommer i kontakt i fravær af et eksternt felt, kommer en "varmere" elektrongas ind i zonen for en "koldere", hvilket skaber en kontaktpotentialeforskel, der er kendt for alle.
Når man anvender den potentielle forskel på overgangen, dvs. når strøm flyder gennem grænsen til to metaller, tager elektroner energi fra fononerne i det ene metal og overfører det til det andet fonongas. Med en ændring i polaritet ændrer overførsel af energi, hvilket betyder, at opvarmning og afkøling, tegn.
I halvledere er elektroner og "huller" ansvarlige for energioverførsel, men mekanismen for varmeoverførsel og udseendet af en temperaturforskel bevares. Temperaturdifferensen stiger, indtil højenergi-elektroner er udtømt. Temperaturudligning indstilles. Dette er det moderne billede af beskrivelsen Peltier-effekt.
Det fremgår klart af det Peltier-elementpræstation afhænger af valg af et par materialer, strømstyrke og hastighed på fjernelse af varme fra den varme zone. For moderne materialer (normalt halvledere) er effektiviteten 5-8%.
Og nu om den praktiske anvendelse af Peltier-effekten. For at øge det samles individuelle termoelementer (forbindelser mellem to forskellige materialer) i grupper bestående af titusinder og hundreder af elementer. Hovedformålet med sådanne moduler er afkøling af små genstande eller mikrokredsløb.
Termoelektrisk afkølingsmodul
Moduler baseret på Peltier-effekten bruges i vid udstrækning i nattsynsenheder med en matrix af infrarøde modtagere.Opladningskoblede mikrokredsløb (CCD), der også bruges i dag i digitale kameraer, kræver dyb køling for at optage billeder i det infrarøde område. Peltier-moduler køler infrarøde detektorer i teleskoper, aktive laserelementer for at stabilisere strålingsfrekvensen, krystaloscillatorer i nøjagtige tidssystemer. Men dette er alle militære og specielle applikationer.
For nylig har Peltier-moduler fundet anvendelse i husholdningsprodukter. Hovedsagelig inden for bilteknologi: klimaanlæg, bærbare køleskabe, vandkøler.
Et eksempel på den praktiske anvendelse af Peltier-effekten
Den mest interessante og lovende anvendelse af moduler er computerteknologi. Højtydende mikroprocessorer, processorer og videokortchips udsender meget varme. For at køle dem bruges højhastighedsventilatorer, der skaber betydelig akustisk støj. Brug af Peltier-moduler som en del af kombinerede kølesystemer eliminerer støj ved betydelig varmefjerning.
kompakt USBkøler ved hjælp af Peltier-moduler
Og endelig et logisk spørgsmål: vil Peltier-moduler erstatte konventionelle kølesystemer i komprimeringshuskøleskabe? I dag er det ulønnsomt med hensyn til effektivitet (lav effektivitet) og pris. Omkostningerne ved kraftfulde moduler er stadig ret høje.
Men teknologi og materialevidenskab står ikke stille. Det er umuligt at udelukke muligheden for udseende af nye, billigere materialer med høj effektivitet og en høj Peltier-koefficient. Allerede i dag er der rapporter fra forskningslaboratorier om de fantastiske egenskaber ved nanocarbonmaterialer, der radikalt kan ændre situationen med effektive kølesystemer.
Der blev rapporteret om høj termoelektrisk figur af fortjeneste af clastrates - faste opløsninger, der ligner struktur i forhold til hydrater. Når disse materialer forlader forskningslaboratorier, erstatter vores helt almindelige køler med ubegrænset levetid vores almindelige hjemmemodeller.
P. S. enåh af de mest interessant funktioner termoelektrisk teknologi er det det er hun kan ikke kun at bruge elektrisk energi for at få varme og kulde, men også tak til hende WMSmen start den omvendte proces, og få for eksempel elektrisk energi fra varmen.
Et eksempel på, hvordan du kan få elektricitet fra varme med ved hjælp af termoelektrisk modul (termoelektrisk generator) se på dette video:
Hvad synes du om dette? Venter på dine kommentarer!
Se også på elektrohomepro.com
: