kategória: Zaujímavé fakty, Zaujímavé elektrické správy
Počet zobrazení: 86993
Komentáre k článku: 8
Peltierov efekt: magický účinok elektrického prúdu
Začiatok 19. storočia. Zlatý vek fyziky a elektrotechniky. V roku 1834 francúzsky hodinár a prírodovedec Jean-Charles Peltier umiestnil kvapku vody medzi elektródy bizmutu a antimónu a potom prešiel cez elektrický prúd elektrický prúd. K svojmu úžasu videl, že kvapka náhle zamrzla.
Tepelný účinok elektrického prúdu na vodiče bol známy, ale opačný účinok bol podobný magii. Môžete pochopiť pocity Peltiera: tento fenomén na križovatke dvoch rôznych oblastí fyziky - termodynamika a elektrina, dnes spôsobuje pocit divu.
Chladiaci problém nebol taký akútny ako dnes. Preto sa Peltierov efekt riešil až po takmer dvoch storočiach, keď sa objavili elektronické zariadenia, na prevádzku ktorých boli potrebné miniatúrne chladiace systémy. dôstojnosť Peltierove chladiace prvky sú malé rozmery, absencia pohyblivých častí, možnosť kaskádového pripojenia na dosiahnutie veľkých teplotných rozdielov.
Okrem toho je Peltierov efekt reverzibilný: keď sa zmení polarita prúdu cez modul, chladenie sa nahradí vykurovaním, takže je ľahké implementovať systémy presnej udržiavania teploty - termostaty, Nevýhodou Peltierových prvkov (modulov) je nízka účinnosť, ktorá vyžaduje spočítanie veľkých prúdových hodnôt, aby sa dosiahol výrazný teplotný rozdiel. Zložitosť predstavuje odstránenie tepla z dosky oproti chladenej rovine.
Ale prvé veci ako prvé. Najprv sa pokúsme zvážiť fyzikálne procesy zodpovedné za pozorovaný jav. Bez toho, aby sme sa vrhli do priepasti matematických výpočtov, pokúsime sa jednoducho pochopiť podstatu tohto zaujímavého fyzikálneho fenoménu na „prstoch“.
Pretože hovoríme o teplotných javoch, fyzici pre pohodlie matematického opisu nahradia vibrácie atómovej mriežky materiálu určitým plynom, ktorý sa skladá z častíc - fonónov.
Teplota fonónového plynu závisí od okolitej teploty a vlastností kovu. Potom je akýkoľvek kov zmesou elektrónových a fonónových plynov v termodynamickej rovnováhe. Keď sa v neprítomnosti vonkajšieho poľa dostanú do kontaktu dva rôzne kovy, „horúci“ elektrónový plyn vstúpi do zóny „chladnejšieho“, čím sa každému známy rozdiel kontaktu.
Pri použití potenciálneho rozdielu na prechod, t. ako prúd tečie cez hranice dvoch kovov, elektróny odoberajú energiu z fonónov jedného kovu a prenášajú ju do fonónového plynu iného kovu. So zmenou polarity sa mení prenos energie, čo znamená, že kúrenie a chladenie mení znamenie.
V polovodičoch sú za prenos energie zodpovedné elektróny a „diery“, ale mechanizmus prenosu tepla a výskyt teplotných rozdielov sú zachované. Teplotný rozdiel sa zvyšuje, až kým sa nevyčerpajú elektróny s vysokou energiou. Teplotná rovnováha je nastavená na. Toto je moderný obraz popisu Peltierov efekt.
Z toho jasne vyplýva, že Výkon Peltierových prvkov závisí od výberu dvojice materiálov, aktuálnej sily a rýchlosti odvodu tepla z horúcej zóny. V prípade moderných materiálov (zvyčajne polovodičov) je účinnosť 5 - 8%.
A teraz o praktickom použití Peltierovho efektu. Jednotlivé termočlánky (spojenia dvoch rôznych materiálov) sa zostavujú do skupín pozostávajúcich z desiatok a stoviek prvkov. Hlavným účelom takýchto modulov je chladenie malých predmetov alebo mikroobvodov.
Termoelektrický chladiaci modul
Moduly založené na Peltierovom efekte sa široko používajú v zariadeniach pre nočné videnie s maticou infračervených prijímačov.Mikroobvody s nábojovou väzbou (CCD), ktoré sa dnes používajú aj v digitálnych fotoaparátoch, vyžadujú na zaznamenávanie snímok v infračervenej oblasti hlboké ochladenie. Peltierove moduly chladia infračervené detektory v ďalekohľadoch, aktívne laserové prvky na stabilizáciu frekvencie žiarenia, kryštálové oscilátory v presných časových systémoch. Ale to všetko sú vojenské a špeciálne aplikácie.
Moduly Peltier nedávno našli uplatnenie v domácich výrobkoch. Hlavne v automobilovej technike: klimatizácia, prenosné chladničky, vodné chladiče.
Príklad praktického použitia Peltierovho efektu
Najzaujímavejšou a najsľubnejšou aplikáciou modulov je počítačová technológia. Vysoko výkonné mikroprocesory, procesory a čipy grafických kariet emitujú veľa tepla. Na ich ochladzovanie sa používajú vysokorýchlostné ventilátory, ktoré vytvárajú významný akustický hluk. Použitie modulov Peltier ako súčasti kombinovaných chladiacich systémov eliminuje hluk s výrazným odvodom tepla.
kompaktné USBchladič využívajúci moduly Peltier
A nakoniec, logická otázka: nahradia moduly Peltier konvenčné chladiace systémy v kompresorových chladničkách pre domácnosť? Dnes je nerentabilný z hľadiska efektívnosti (nízka účinnosť) a ceny. Náklady na výkonné moduly sú stále dosť vysoké.
Ale veda o technológiách a materiáloch nestojí pokojne. Nie je možné vylúčiť možnosť výskytu nových lacnejších materiálov s vysokou účinnosťou a vysokým Peltierovým koeficientom. Už dnes existujú správy z výskumných laboratórií o úžasných vlastnostiach nanokarbonových materiálov, ktoré môžu radikálne zmeniť situáciu pomocou účinných chladiacich systémov.
Existujú správy o vysokej termoelektrickej hodnote zásluh o klastrátoch - tuhé roztoky podobné štruktúrou ako hydráty. Keď tieto materiály pochádzajú z výskumných laboratórií, naše bežné domáce modely nahradia úplne tiché chladiče s neobmedzenou životnosťou.
PS: jedenach najviac zaujímavý rysy termoelektrická technológia je to ona je plechovka nielen na použitie elektrická energia zohriať a chladiť, ale tiež vďaka nej WMSale začnite spätný proces a získajte napríklad elektrickú energiu z tepla.
Príklad toho, ako môžete získať elektrinu z tepla s pomocou termoelektrického modulu (termoelektrický generátor) pozri sa na to video:
Čo si o tom myslíš? Čakám na vaše pripomienky!
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: