Ενότητα Peltier: τεχνικά χαρακτηριστικά. στοιχεία Peltier

Ο ψυκτικός εξοπλισμός έχει καθιερωθεί τόσο σταθερά στη ζωή μας που είναι ακόμη δύσκολο να φανταστούμε πώς θα μπορούσαμε να τα καταφέρουμε χωρίς αυτόν. Αλλά τα κλασικά σχέδια ψυκτικού δεν είναι κατάλληλα για χρήση κινητού, για παράδειγμα, ως ταξιδιωτικό τσαντάκι.

Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται εγκαταστάσεις στις οποίες η αρχή λειτουργίας βασίζεται στο φαινόμενο Peltier. Ας μιλήσουμε εν συντομία για αυτό το φαινόμενο.

Τι είναι;

Αυτός ο όρος αναφέρεται σε ένα θερμοηλεκτρικό φαινόμενο που ανακαλύφθηκε το 1834 από τον Γάλλο φυσιοδίφη Jean-Charles Peltier. Η ουσία του αποτελέσματος είναι η απελευθέρωση ή η απορρόφηση θερμότητας στην περιοχή όπου έρχονται σε επαφή ανόμοιοι αγωγοί μέσω των οποίων διέρχεται το ηλεκτρικό ρεύμα.

Σύμφωνα με την κλασική θεωρία, υπάρχει η ακόλουθη εξήγηση για το φαινόμενο: το ηλεκτρικό ρεύμα μεταφέρει ηλεκτρόνια μεταξύ των μετάλλων, τα οποία μπορούν να επιταχύνουν ή να επιβραδύνουν την κίνησή τους, ανάλογα με τη διαφορά δυναμικού επαφής σε αγωγούς κατασκευασμένους από διαφορετικά υλικά. Αντίστοιχα, με αύξηση της κινητικής ενέργειας, μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια.

Στον δεύτερο αγωγό, παρατηρείται μια αντίστροφη διαδικασία, που απαιτεί αναπλήρωση ενέργειας, σύμφωνα με τον θεμελιώδη νόμο της φυσικής. Αυτό συμβαίνει λόγω θερμικής δόνησης, η οποία προκαλεί ψύξη του μετάλλου από το οποίο κατασκευάζεται ο δεύτερος αγωγός.

Οι σύγχρονες τεχνολογίες καθιστούν δυνατή την παραγωγή ημιαγωγών στοιχείων-μονάδων με μέγιστο θερμοηλεκτρικό αποτέλεσμα. Είναι λογικό να μιλήσουμε εν συντομία για τον σχεδιασμό τους.

Σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας

Τα σύγχρονα δομοστοιχεία είναι μια κατασκευή που αποτελείται από δύο μονωτικές πλάκες (συνήθως κεραμικές), με σειριακά συνδεδεμένα θερμοστοιχεία που βρίσκονται μεταξύ τους. Ένα απλοποιημένο διάγραμμα ενός τέτοιου στοιχείου μπορεί να βρεθεί στο παρακάτω σχήμα.

Ονομασίες:

A – επαφές για σύνδεση σε πηγή ρεύματος.
B – θερμή επιφάνεια του στοιχείου.
C – ψυχρή πλευρά.
D – χάλκινοι αγωγοί.
E – ημιαγωγός που βασίζεται σε p-junction.
F – ημιαγωγός τύπου n.

Η σχεδίαση είναι κατασκευασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε κάθε πλευρά της μονάδας να έρχεται σε επαφή είτε p-n είτε n-p μεταβάσεις(ανάλογα με την πολικότητα). Επαφές p-nζεσταίνω, n-p – ψύχεται (βλ. Εικ. 3). Κατά συνέπεια, μια διαφορά θερμοκρασίας (DT) εμφανίζεται στις πλευρές του στοιχείου. Για έναν παρατηρητή, αυτό το φαινόμενο θα μοιάζει με μεταφορά θερμικής ενέργειας μεταξύ των πλευρών της μονάδας. Αξίζει να σημειωθεί ότι η αλλαγή της πολικότητας ισχύος οδηγεί σε αλλαγή στις ζεστές και κρύες επιφάνειες.

Ρύζι. 3. Α – θερμή πλευρά του θερμοστοιχείου, Β – ψυχρή πλευρά

Προδιαγραφές

Τα χαρακτηριστικά των θερμοηλεκτρικών μονάδων περιγράφονται από τις ακόλουθες παραμέτρους:

ικανότητα ψύξης (Q max), αυτό το χαρακτηριστικό προσδιορίζεται με βάση το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα και τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των πλευρών της μονάδας, μετρημένη σε Watt.
μέγιστη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των πλευρών του στοιχείου (DT max), η παράμετρος δίνεται για ιδανικές συνθήκες, η μονάδα μέτρησης είναι μοίρες.
επιτρεπόμενο ρεύμα που απαιτείται για τη διασφάλιση της μέγιστης διαφοράς θερμοκρασίας – I max;
η μέγιστη τάση U max που απαιτείται για να φτάσει το ρεύμα I max τη διαφορά κορυφής DT max .
εσωτερική αντίσταση της μονάδας – Αντίσταση, που υποδεικνύεται σε Ohms.
συντελεστής απόδοσης - COP (συντομογραφία από τα αγγλικά - συντελεστής απόδοσης), ουσιαστικά αυτή είναι η απόδοση της συσκευής, που δείχνει την αναλογία ψύξης προς κατανάλωση ενέργειας. Για φθηνά στοιχεία αυτή η παράμετρος κυμαίνεται από 0,3-0,35, για πιο ακριβά μοντέλα προσεγγίζει το 0,5.

Βαθμολόγηση

Ας δούμε πώς αποκρυπτογραφούνται οι τυπικές σημάνσεις των μονάδων χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της Εικόνας 4.

Εικόνα 4. Μονάδα Peltier με την ένδειξη TEC1-12706

Η σήμανση χωρίζεται σε τρεις σημαντικές ομάδες:

Ονομασία στοιχείου. Τα δύο πρώτα γράμματα είναι πάντα αμετάβλητα (TE), υποδεικνύοντας ότι πρόκειται για θερμοστοιχείο. Το επόμενο δείχνει το μέγεθος, μπορεί να υπάρχουν τα γράμματα "C" (κανονικό) και "S" (μικρό). Ο τελευταίος αριθμός υποδεικνύει πόσα επίπεδα (cascades) υπάρχουν στο στοιχείο.
Ο αριθμός των θερμοστοιχείων στη μονάδα που φαίνεται στη φωτογραφία είναι 127.
Το ονομαστικό ρεύμα είναι σε Amperes, για εμάς είναι 6 A.

Οι σημάνσεις άλλων μοντέλων της σειράς TEC1 διαβάζονται με τον ίδιο τρόπο, για παράδειγμα: 12703, 12705, 12710 κ.λπ.

Εφαρμογή

Παρά τη σχετικά χαμηλή απόδοση, τα θερμοηλεκτρικά στοιχεία έχουν βρει ευρεία εφαρμογή στις μετρήσεις, τους υπολογιστές και επίσης οικιακές συσκευές. Οι μονάδες αποτελούν σημαντικό στοιχείο λειτουργίας των ακόλουθων συσκευών:

κινητές μονάδες ψύξης?
μικρές γεννήτριες για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
συστήματα ψύξης σε προσωπικούς υπολογιστές.
ψύκτες για ψύξη και θέρμανση νερού.
αφυγραντήρες κ.λπ.

Ας δώσουμε λεπτομερή παραδείγματα χρήσης θερμοηλεκτρικών μονάδων.

Ψυγείο με στοιχεία Peltier

Οι θερμοηλεκτρικές μονάδες ψύξης είναι σημαντικά κατώτερες σε απόδοση από τις αντίστοιχες συμπιεστές και απορρόφησης. Έχουν όμως σημαντικά πλεονεκτήματα, γεγονός που καθιστά τη χρήση τους σκόπιμη υπό ορισμένες προϋποθέσεις. Αυτά τα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν:

απλότητα σχεδιασμού?
αντοχή σε κραδασμούς?
απουσία κινούμενων στοιχείων (εκτός από τον ανεμιστήρα που φυσάει το ψυγείο).
χαμηλό επίπεδο θορύβου?
μικρές διαστάσεις?
ικανότητα εργασίας σε οποιαδήποτε θέση ·
μεγάλη διάρκεια ζωής ·
χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.

Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι ιδανικά για κινητές εγκαταστάσεις.

Στοιχείο Peltier ως γεννήτρια ηλεκτρικής ενέργειας

Οι θερμοηλεκτρικές μονάδες μπορούν να λειτουργήσουν ως γεννήτριες ηλεκτρικής ενέργειας εάν μια από τις πλευρές τους υποβληθεί σε αναγκαστική θέρμανση. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των πλευρών, τόσο υψηλότερο είναι το ρεύμα που παράγεται από την πηγή. Δυστυχώς, η μέγιστη θερμοκρασία για τη θερμική γεννήτρια είναι περιορισμένη, δεν μπορεί να είναι υψηλότερη από το σημείο τήξης της συγκόλλησης που χρησιμοποιείται στη μονάδα. Η παραβίαση αυτής της συνθήκης θα οδηγήσει σε αστοχία του στοιχείου.

Για τη μαζική παραγωγή θερμικών γεννητριών, χρησιμοποιούνται ειδικές μονάδες με πυρίμαχη συγκόλληση που μπορούν να θερμανθούν σε θερμοκρασία 300°C. Σε συνηθισμένα στοιχεία, για παράδειγμα, TEC1 12715, το όριο είναι 150 μοίρες.

Δεδομένου ότι η απόδοση τέτοιων συσκευών είναι χαμηλή, χρησιμοποιούνται μόνο σε περιπτώσεις όπου δεν είναι δυνατή η χρήση πιο αποδοτικής πηγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο, οι θερμικές γεννήτριες 5-10 W είναι σε ζήτηση μεταξύ τουριστών, γεωλόγων και κατοίκων απομακρυσμένων περιοχών. Μεγάλες και ισχυρές σταθερές εγκαταστάσεις που τροφοδοτούνται από καύσιμο υψηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία μονάδων διανομής αερίου, εξοπλισμού μετεωρολογικών σταθμών κ.λπ.

Για να κρυώσει ο επεξεργαστής

Σχετικά πρόσφατα, αυτές οι μονάδες άρχισαν να χρησιμοποιούνται σε συστήματα ψύξης CPU προσωπικούς υπολογιστές. Λαμβάνοντας υπόψη τη χαμηλή απόδοση των θερμοστοιχείων, τα οφέλη τέτοιων δομών είναι μάλλον αμφίβολα. Για παράδειγμα, για να ψύξετε μια πηγή θερμότητας με ισχύ 100-170 W (που αντιστοιχεί στα περισσότερα σύγχρονα μοντέλα CPU), θα χρειαστεί να ξοδέψετε 400-680 W, κάτι που απαιτεί εγκατάσταση ισχυρό μπλοκθρέψη.

Η δεύτερη παγίδα είναι ότι ένας μη φορτωμένος επεξεργαστής θα απελευθερώσει λιγότερη θερμική ενέργεια και η μονάδα μπορεί να την κρυώσει κάτω από το σημείο δρόσου. Ως αποτέλεσμα, θα αρχίσει να σχηματίζεται συμπύκνωση, η οποία εγγυάται ότι θα βλάψει τα ηλεκτρονικά.

Όσοι αποφασίσουν να δημιουργήσουν ένα τέτοιο σύστημα μόνοι τους θα χρειαστεί να πραγματοποιήσουν μια σειρά υπολογισμών για να επιλέξουν την ισχύ της μονάδας για ένα συγκεκριμένο μοντέλο επεξεργαστή.

Με βάση τα παραπάνω, η χρήση αυτών των μονάδων ως συστήματος ψύξης CPU δεν είναι οικονομικά αποδοτική, επιπλέον, μπορεί να προκαλέσουν αστοχία εξοπλισμός υπολογιστώνεκτός λειτουργίας.

Η κατάσταση είναι εντελώς διαφορετική με τις υβριδικές συσκευές, όπου οι θερμικές μονάδες χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με ψύξη νερού ή αέρα.

Τα υβριδικά συστήματα ψύξης έχουν αποδείξει την αποτελεσματικότητά τους, αλλά το υψηλό κόστος περιορίζει τον κύκλο των θαυμαστών τους.

Κλιματιστικό με βάση στοιχεία Peltier

Θεωρητικά, μια τέτοια συσκευή θα είναι δομικά πολύ πιο απλή από τα κλασικά συστήματα κλιματισμού, αλλά όλα καταλήγουν σε χαμηλή απόδοση. Άλλο είναι να ψύχεις έναν μικρό όγκο ψυγείου, άλλο πράγμα να ψύχεις ένα δωμάτιο ή το εσωτερικό ενός αυτοκινήτου. Τα κλιματιστικά που χρησιμοποιούν θερμοηλεκτρικές μονάδες θα καταναλώνουν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια (3-4 φορές) από τον εξοπλισμό που λειτουργεί με ψυκτικό.

Όσο για τη χρήση του ως σύστημα ελέγχου κλιματισμού αυτοκινήτου, η ισχύς μιας τυπικής γεννήτριας δεν θα είναι αρκετή για τη λειτουργία μιας τέτοιας συσκευής. Η αντικατάστασή του με πιο αποδοτικό εξοπλισμό θα οδηγήσει σε σημαντική κατανάλωση καυσίμου, η οποία δεν είναι οικονομικά αποδοτική.

Στα θεματικά φόρουμ, προκύπτουν περιοδικά συζητήσεις για αυτό το θέμα και εξετάζονται διάφορα οικιακά σχέδια, αλλά δεν έχει δημιουργηθεί ακόμη ένα πλήρες πρωτότυπο εργασίας (χωρίς να υπολογίζεται το κλιματιστικό για ένα χάμστερ). Είναι πολύ πιθανό η κατάσταση να αλλάξει όταν οι μονάδες με πιο αποδεκτή απόδοση γίνουν ευρέως διαθέσιμες.

Για ψύξη νερού

Το θερμοηλεκτρικό στοιχείο χρησιμοποιείται συχνά ως ψυκτικό υγρό για ψύκτες νερού. Ο σχεδιασμός περιλαμβάνει: μονάδα ψύξης, ελεγκτή με θερμοστάτη και θερμαντήρα. Αυτή η εφαρμογή είναι πολύ πιο απλή και φθηνότερη από ένα κύκλωμα συμπιεστή, επιπλέον, είναι πιο αξιόπιστη και ευκολότερη στη λειτουργία. Υπάρχουν όμως και ορισμένα μειονεκτήματα:

το νερό δεν κρυώνει κάτω από 10-12°C.
η ψύξη διαρκεί περισσότερο από το αντίστοιχο του συμπιεστή, επομένως, ένα τέτοιο ψυγείο δεν είναι κατάλληλο για γραφείο με μεγάλο αριθμό εργαζομένων.
η συσκευή είναι ευαίσθητη στην εξωτερική θερμοκρασία, σε ένα ζεστό δωμάτιο το νερό δεν θα κρυώσει στην ελάχιστη θερμοκρασία.
Δεν συνιστάται η εγκατάσταση σε χώρους με σκόνη, καθώς ο ανεμιστήρας μπορεί να βουλώσει και η μονάδα ψύξης μπορεί να αποτύχει.

Επιτραπέζιο ψυγείο νερού με χρήση στοιχείου Peltier

Στεγνωτήρας αέρα με βάση στοιχεία Peltier

Σε αντίθεση με ένα κλιματιστικό, η εφαρμογή ενός αφυγραντήρα με χρήση θερμοηλεκτρικών στοιχείων είναι αρκετά δυνατή. Ο σχεδιασμός είναι αρκετά απλός και φθηνός. Η μονάδα ψύξης μειώνει τη θερμοκρασία του ψυγείου κάτω από το σημείο δρόσου, ως αποτέλεσμα, η υγρασία που περιέχεται στον αέρα που διέρχεται από τη συσκευή καθιζάνει πάνω του. Το καθιζάνον νερό απορρίπτεται σε ειδική δεξαμενή αποθήκευσης.

Παρά τη χαμηλή απόδοση, σε αυτή την περίπτωση η απόδοση της συσκευής είναι αρκετά ικανοποιητική.

Πώς να συνδεθείτε;

Δεν θα υπάρχουν προβλήματα με τη σύνδεση της μονάδας πρέπει να εφαρμόζεται σταθερή τάση στα καλώδια εξόδου. Το κόκκινο καλώδιο πρέπει να συνδεθεί στο θετικό, το μαύρο καλώδιο στο αρνητικό. Προσοχή! Η αντιστροφή της πολικότητας αντιστρέφει τις θέσεις των ψυχόμενων και θερμαινόμενων επιφανειών.

Πώς να ελέγξετε το στοιχείο Peltier για λειτουργικότητα;

Το πιο απλό και αξιόπιστο τρόπο– απτικός. Είναι απαραίτητο να συνδέσετε τη μονάδα στην κατάλληλη πηγή τάσης και να αγγίξετε τις διαφορετικές πλευρές της. Για ένα στοιχείο εργασίας, ένα από αυτά θα είναι πιο ζεστό, το άλλο πιο κρύο.

Εάν δεν έχετε μια κατάλληλη πηγή στο χέρι, θα χρειαστείτε ένα πολύμετρο και έναν αναπτήρα. Η διαδικασία επαλήθευσης είναι αρκετά απλή:

συνδέστε τους ανιχνευτές στους ακροδέκτες της μονάδας.
φέρτε τον αναμμένο αναπτήρα σε μία από τις πλευρές.
Παρατηρούμε τις ενδείξεις της συσκευής.

Στη μονάδα εργασίας, όταν θερμαίνεται μία από τις πλευρές, δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο θα εμφανιστεί στην οθόνη της συσκευής.

Πώς να φτιάξετε ένα στοιχείο Peltier με τα χέρια σας;

Είναι σχεδόν αδύνατο να φτιάξετε μια σπιτική ενότητα στο σπίτι, ειδικά επειδή δεν έχει νόημα να το κάνετε, δεδομένου του σχετικά χαμηλού κόστους τους (περίπου $4-$10). Αλλά μπορείτε να συναρμολογήσετε μια συσκευή που θα είναι χρήσιμη σε μια πεζοπορία, για παράδειγμα, μια θερμοηλεκτρική γεννήτρια.

Για να σταθεροποιήσετε την τάση, είναι απαραίτητο να συναρμολογήσετε έναν απλό μετατροπέα στο τσιπ IC L6920.

Η είσοδος ενός τέτοιου μετατροπέα τροφοδοτείται με τάση στην περιοχή 0,8-5,5 V και στην έξοδο θα παράγει ένα σταθερό 5 V, το οποίο είναι αρκετά αρκετό για να επαναφορτίσει τις περισσότερες κινητές συσκευές. Εάν χρησιμοποιείται ένα συμβατικό στοιχείο Peltier, είναι απαραίτητο να περιοριστεί το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας της θερμαινόμενης πλευράς στους 150 °C. Για να αποφύγετε την ταλαιπωρία της παρακολούθησης, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε μια κατσαρόλα με βραστό νερό ως πηγή θερμότητας. Σε αυτήν την περίπτωση, το στοιχείο εγγυάται ότι δεν θερμαίνεται πάνω από 100 °C.

Η απελευθέρωση ή απορρόφηση (ανάλογα με την κατεύθυνση του ρεύματος) θερμότητας στην επαφή δύο ανόμοιων ημιαγωγών ή ενός μετάλλου και ενός ημιαγωγού

Κινουμένων σχεδίων

Περιγραφή

Το φαινόμενο Peltier είναι ένα θερμοηλεκτρικό φαινόμενο αντίστροφο του φαινομένου Seebeck: κατά τη μετάδοση ηλεκτρικό ρεύμα I, μέσω μιας επαφής (σύνδεσης) δύο διαφορετικών ουσιών (αγωγών ή ημιαγωγών) στην επαφή, εκτός από τη θερμότητα Joule, απελευθερώνεται επιπλέον θερμότητα Peltier Q P προς μία κατεύθυνση του ρεύματος και απορροφάται προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Η ποσότητα της θερμότητας που παράγεται Q P και το πρόσημο της εξαρτώνται από τον τύπο των ουσιών που έρχονται σε επαφή, την ισχύ του ρεύματος και το χρόνο διέλευσης του:

dQ P = p 12 H I H dt.

Εδώ p 12 = p 1 -p 2 είναι ο συντελεστής Peltier για αυτή την επαφή, που σχετίζεται με τους απόλυτους συντελεστές Peltier p 1 και p 2 των υλικών επαφής. Σε αυτή την περίπτωση, θεωρείται ότι το ρεύμα ρέει από το πρώτο δείγμα στο δεύτερο. Όταν απελευθερώνεται θερμότητα Peltier, έχουμε: Q P >0, p 12 >0, p 1 > p 2 . Όταν απορροφάται θερμότητα Peltier, θεωρείται αρνητική και, κατά συνέπεια: Q P<0,p 12 <0, p 1

Αντί της θερμότητας Peltier, χρησιμοποιείται συχνά μια φυσική ποσότητα, η οποία ορίζεται ως η θερμική ενέργεια που απελευθερώνεται κάθε δευτερόλεπτο σε μια επαφή μιας μονάδας επιφάνειας. Αυτή η ποσότητα, που ονομάζεται ισχύς απελευθέρωσης θερμότητας, προσδιορίζεται από τον τύπο:

q P = p 12 H j,

όπου j=I/S - πυκνότητα ρεύματος.

S - περιοχή επαφής.

η διάσταση αυτής της ποσότητας είναι SI = W/m2.

Από τους νόμους της θερμοδυναμικής προκύπτει ότι ο συντελεστής Peltier και ο συντελεστής θερμικής ισχύος a σχετίζονται με τη σχέση:

p = aЧ T,

όπου T είναι η απόλυτη θερμοκρασία επαφής.

Ο συντελεστής Peltier, που είναι ένα σημαντικό τεχνικό χαρακτηριστικό των υλικών, κατά κανόνα δεν μετριέται, αλλά υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον συντελεστή θερμικής ισχύος, η μέτρηση του οποίου είναι απλούστερη.

Στο Σχ. 1 και εικ. Το σχήμα 2 δείχνει ένα κλειστό κύκλωμα που αποτελείται από δύο διαφορετικούς ημιαγωγούς PP1 και PP2 με επαφές Α και Β.

Απελευθέρωση θερμότητας Peltier (pin A)

Ρύζι. 1

Απορρόφηση θερμότητας Peltier (pin A)

Ρύζι. 2

Ένα τέτοιο κύκλωμα συνήθως ονομάζεται θερμοστοιχείο και οι κλάδοι του ονομάζονται θερμοηλεκτρόδια. Ένα ρεύμα που δημιούργησα από μια εξωτερική πηγή e ρέει μέσα από το κύκλωμα. Ρύζι. 1 απεικονίζει την κατάσταση όταν στην επαφή A (το ρεύμα ρέει από PP1 σε PP2) απελευθερώνεται θερμότητα Peltier Q P (A)>0, και στην επαφή B (το ρεύμα κατευθύνεται από PP2 σε PP1) η απορρόφησή του είναι Q P (B)<0 . В результате происходит изменение температур спаев: Т А >T V .

Στο Σχ. 2, αλλάζοντας το πρόσημο της πηγής αλλάζει την κατεύθυνση του ρεύματος προς το αντίθετο: από PP2 σε PP1 στην επαφή A και από PP1 σε PP2 στην επαφή B. Αντίστοιχα, το πρόσημο της θερμότητας Peltier και η σχέση μεταξύ των θερμοκρασιών επαφής αλλάζουν: Q P (A)<0, Q P (В)>0, Τ Α<Т В .

Ο λόγος για την εμφάνιση του φαινομένου Peltier στην επαφή ημιαγωγών με τον ίδιο τύπο φορέων ρεύματος (δύο ημιαγωγοί τύπου n ή δύο ημιαγωγοί τύπου p) είναι ο ίδιος όπως στην περίπτωση επαφής δύο μεταλλικών αγωγών. Οι φορείς ρεύματος (ηλεκτρόνια ή οπές) σε διαφορετικές πλευρές της διασταύρωσης έχουν διαφορετικές μέσες ενέργειες, οι οποίες εξαρτώνται από πολλούς λόγους: φάσμα ενέργειας, συγκέντρωση, μηχανισμός σκέδασης φορέα φορτίου. Εάν οι φορείς, έχοντας περάσει από τη διασταύρωση, εισέλθουν σε μια περιοχή με χαμηλότερη ενέργεια, μεταφέρουν περίσσεια ενέργειας στο κρυσταλλικό πλέγμα, με αποτέλεσμα να απελευθερώνεται θερμότητα Peltier κοντά στην επαφή (Q P >0) και η θερμοκρασία επαφής αυξάνεται. Σε αυτήν την περίπτωση, στην άλλη διασταύρωση, οι φορείς, μετακινούμενοι σε περιοχή με υψηλότερη ενέργεια, δανείζονται την ενέργεια που λείπει από το πλέγμα και η θερμότητα Peltier απορροφάται (Q P<0 ) и понижение температуры.

Το φαινόμενο Peltier, όπως όλα τα θερμοηλεκτρικά φαινόμενα, είναι ιδιαίτερα έντονο σε κυκλώματα που αποτελούνται από ηλεκτρονικούς (τύπου n) και οπών (τύπου p) ημιαγωγούς. Σε αυτή την περίπτωση, το φαινόμενο Peltier έχει διαφορετική εξήγηση. Ας εξετάσουμε την κατάσταση όταν το ρεύμα στην επαφή πηγαίνει από έναν ημιαγωγό οπής σε έναν ηλεκτρονικό (р ® n). Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια και οι οπές κινούνται το ένα προς το άλλο και, αφού συναντηθούν, ανασυνδυάζονται. Ως αποτέλεσμα του ανασυνδυασμού, απελευθερώνεται ενέργεια, η οποία απελευθερώνεται με τη μορφή θερμότητας. Αυτή η κατάσταση φαίνεται στο Σχ. 3, που δείχνει τις ενεργειακές ζώνες (e c - ζώνη αγωγιμότητας, e v - ζώνη σθένους) για ημιαγωγούς ακαθαρσιών με οπή και ηλεκτρονική αγωγιμότητα.

Απελευθέρωση θερμότητας Peltier στην επαφή ημιαγωγών τύπου p και n

Ρύζι. 3

Στο Σχ. 4 (e c - ζώνη αγωγιμότητας, e v - ζώνη σθένους) απεικονίζει την απορρόφηση θερμότητας Peltier για την περίπτωση που το ρεύμα πηγαίνει από n σε p - ημιαγωγός (n ® p).

Απορρόφηση θερμότητας Peltier στην επαφή ημιαγωγών τύπου p και n

Ρύζι. 4

Εδώ, τα ηλεκτρόνια σε έναν ηλεκτρονικό ημιαγωγό και οι οπές σε έναν ημιαγωγό οπής κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις, απομακρύνοντας από τη διεπαφή. Η απώλεια των φορέων ρεύματος στην οριακή περιοχή αντισταθμίζεται από την ανά ζεύγη παραγωγή ηλεκτρονίων και οπών. Ο σχηματισμός τέτοιων ζευγών απαιτεί ενέργεια, η οποία παρέχεται από θερμικές δονήσεις των ατόμων του πλέγματος. Τα ηλεκτρόνια και οι οπές που προκύπτουν έλκονται σε αντίθετες κατευθύνσεις από το ηλεκτρικό πεδίο. Επομένως, όσο το ρεύμα ρέει μέσω της επαφής, γεννιούνται συνεχώς νέα ζεύγη. Ως αποτέλεσμα, η θερμότητα θα απορροφηθεί σε επαφή.

Για να είναι ορατό το φαινόμενο Peltier στο πλαίσιο της γενικής θέρμανσης που σχετίζεται με την απελευθέρωση θερμότητας Joule-Lenz, πρέπει να πληρούται η ακόλουθη προϋπόθεση: S Q P Si Q J . . Ως αποτέλεσμα, λαμβάνονται οι ακόλουθες σχέσεις που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων:

όπου R είναι η αντίσταση του τμήματος θερμοηλεκτροδίου μήκους l στο οποίο απελευθερώνεται θερμότητα.

r - ηλεκτρική αντίσταση.

Ο συντελεστής Peltier, ο οποίος καθορίζει την ποσότητα της θερμότητας Peltier που απελευθερώνεται στην επαφή, εξαρτάται από τη φύση των ουσιών που έρχονται σε επαφή και τη θερμοκρασία επαφής: p 12 = a 12 · T = (a 1 - a 2 ) · T , όπου a 1 και a 2 είναι οι απόλυτοι συντελεστές θερμικής ισχύος των ουσιών που έρχονται σε επαφή. Εάν για τα περισσότερα ζεύγη μετάλλων ο συντελεστής θερμικής ισχύος είναι της τάξης των 10-5 x 10-4 V/K, τότε για τους ημιαγωγούς μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερος (μέχρι 1,5 x 10-3 V/K). Για ημιαγωγούς με διαφορετικούς τύπους αγωγιμότητας, το a έχει διαφορετικά πρόσημα, ως αποτέλεσμα των οποίων Sa 12 S = Sa 1 S + Sa 2 S.

Πρέπει να σημειωθεί ότι ο συντελεστής θερμικής ισχύος εξαρτάται πολύπλοκα από τη σύνθεση και τη θερμοκρασία του ημιαγωγού, ενώ, σε σύγκριση με τα μέταλλα, η εξάρτηση από τη θερμοκρασία του α για ημιαγωγούς είναι πολύ πιο έντονη. Το πρόσημο του α καθορίζεται από το πρόσημο των φορέων φορτίου. Δεν υπάρχουν γενικοί εμπειρικοί, πολύ λιγότερο θεωρητικοί τύποι που να καλύπτουν τις θερμοηλεκτρικές ιδιότητες των ημιαγωγών σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Συνήθως, η θερμοηλεκτρική δύναμη a ενός ημιαγωγού, ξεκινώντας από την τιμή a = 0 στο T = 0, αυξάνεται πρώτα αναλογικά με το T, μετά πιο αργά, συχνά παραμένει σταθερή σε ένα ορισμένο εύρος θερμοκρασίας και στην περιοχή των υψηλών θερμοκρασιών ( περισσότερα από 500 Kyo 700 K) αρχίζει να μειώνεται σύμφωνα με το νόμο a~ 1/T.

Ένα άλλο χαρακτηριστικό γνώρισμα των ημιαγωγών είναι ο καθοριστικός ρόλος των ακαθαρσιών, η εισαγωγή των οποίων καθιστά δυνατή όχι μόνο την αλλαγή της τιμής πολλές φορές, αλλά και την αλλαγή του πρόσημου του α.

Σε ημιαγωγούς με μικτή αγωγιμότητα, οι συνεισφορές στη θερμική ισχύ των οπών και των ηλεκτρονίων είναι αντίθετες, γεγονός που οδηγεί σε μικρές τιμές των a και p.

Στη συγκεκριμένη περίπτωση που οι συγκεντρώσεις (n) και η κινητικότητα (u) των ηλεκτρονίων και των οπών είναι ίσες (ne = np και ue = επάνω), οι τιμές των a και p γίνονται μηδέν:

a~ (ne ue - np up) / (ne ue + np up).

Το φαινόμενο Peltier, όπως και άλλα θερμοηλεκτρικά φαινόμενα, είναι φαινομενολογικής φύσης.

Το φαινόμενο Peltier στους ημιαγωγούς χρησιμοποιείται για θερμοηλεκτρική ψύξη και θέρμανση, το οποίο έχει πρακτικές εφαρμογές σε συσκευές ελέγχου θερμοκρασίας και ψύξης.

Το φαινόμενο Peltier ανακαλύφθηκε από τον J. Peltier το 1834.

Χαρακτηριστικά χρονισμού

Χρόνος έναρξης (καταγραφή σε -3 έως 2).

Διάρκεια ζωής (log tc από 15 έως 15).

Χρόνος υποβάθμισης (log td από -3 έως 2).

Χρόνος βέλτιστης ανάπτυξης (log tk από -2 έως 3).

Διάγραμμα:

Τεχνικές υλοποιήσεις του εφέ

Τεχνική εφαρμογή του φαινομένου Peltier σε ημιαγωγούς

Η κύρια τεχνολογική μονάδα όλων των θερμοηλεκτρικών συσκευών ψύξης είναι μια θερμοηλεκτρική μπαταρία που αποτελείται από θερμοστοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά. Δεδομένου ότι οι μεταλλικοί αγωγοί έχουν αδύναμες θερμοηλεκτρικές ιδιότητες, τα θερμοστοιχεία κατασκευάζονται από ημιαγωγούς και ένας από τους κλάδους του θερμοστοιχείου πρέπει να αποτελείται από μια καθαρά οπή (τύπου p) και ο άλλος από έναν αμιγώς ηλεκτρονικό (τύπου n) ημιαγωγό. Εάν επιλέξετε μια κατεύθυνση ρεύματος (Εικ. 5), κατά την οποία η θερμότητα Peltier θα απορροφάται στις επαφές που βρίσκονται στο εσωτερικό του ψυγείου και θα απελευθερώνεται στον περιβάλλοντα χώρο στις εξωτερικές επαφές, τότε η θερμοκρασία στο εσωτερικό του ψυγείου θα μειωθεί και ο χώρος έξω από το ψυγείο θα ζεσταθεί (κάτι που συμβαίνει σε οποιοδήποτε σχέδιο ψυγείου).

Σχηματικό διάγραμμα θερμοηλεκτρικού ψυγείου

Ρύζι. 5

Το κύριο χαρακτηριστικό μιας θερμοηλεκτρικής συσκευής ψύξης είναι η ψυκτική της απόδοση:

Z= a 2 /(rl),

όπου a είναι ο συντελεστής θερμικής ισχύος.

r - ειδική αντίσταση;

l είναι η θερμική αγωγιμότητα του ημιαγωγού.

D T max = (1/2) H Z H T 2,

όπου T είναι η θερμοκρασία της ψυχρής ένωσης του θερμοστοιχείου.

Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του Z για μεμονωμένους κλάδους, τόσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του Z = (a 1 + a 2) 2 /(Tsr 1 l 1 + Tsr 2 l 2) 2, που καθορίζει την απόδοση. ολόκληρο το θερμοστοιχείο. Συνιστάται η επιλογή ημιαγωγών με τις υψηλότερες τιμές κινητικότητας και την ελάχιστη θερμική αγωγιμότητα. Η εισαγωγή ορισμένων ακαθαρσιών σε έναν ημιαγωγό είναι το κύριο διαθέσιμο μέσο για την αλλαγή των παραμέτρων του (a, r, l) προς την επιθυμητή κατεύθυνση.

Οι σύγχρονες θερμοηλεκτρικές συσκευές ψύξης παρέχουν μείωση της θερμοκρασίας από +20°C σε 200°C. Η ψυκτική τους ικανότητα δεν είναι συνήθως μεγαλύτερη από 100 W.

Τεχνολογικά, ράβδοι από ημιαγωγικά υλικά με p- και n-αγωγιμότητα (1) τοποθετούνται σε θερμοαγώγιμες σανίδες από μονωτικό υλικό (2) χρησιμοποιώντας μεταλλικούς συνδετήρες (3) όπως φαίνεται στο Σχ. 6.

Διάγραμμα θερμοηλεκτρικής μονάδας

Ρύζι. 6

Εφαρμογή εφέ

Η θερμοηλεκτρική μέθοδος ψύξης έχει αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες μεθόδους ψύξης. Οι θερμοηλεκτρικές συσκευές διακρίνονται από την ευκολία ελέγχου, την ικανότητα λεπτής ρύθμισης της θερμοκρασίας, την αθόρυβη λειτουργία και την υψηλή λειτουργική αξιοπιστία. Το κύριο μειονέκτημα των θερμοηλεκτρικών συσκευών είναι η χαμηλή τους απόδοση, η οποία δεν τους επιτρέπει να χρησιμοποιηθούν για βιομηχανική παραγωγή «κρύου».

Οι θερμοηλεκτρικές συσκευές ψύξης χρησιμοποιούνται σε οικιακά και μεταφορικά ψυγεία, θερμοστάτες, για ψύξη και θερμοστάτη θερμοευαίσθητων στοιχείων ραδιοηλεκτρονικού και οπτικού εξοπλισμού, για έλεγχο της διαδικασίας κρυστάλλωσης, σε ιατρικές και βιολογικές συσκευές κ.λπ.

Στην τεχνολογία των υπολογιστών, οι θερμοηλεκτρικές συσκευές ψύξης έχουν το αργκό όνομα "coolers" (από το αγγλικό cooler - cooler).

Βιβλιογραφία

1. Φυσική εγκυκλοπαίδεια.- M.: Great Russian Encyclopedia, 1998.- T.5.- P.98-99, 125.

2. Sivukhin S.D. Γενικό μάθημα φυσικής - Μ.: Nauka, 1977. - Τ.3. Ηλεκτρισμός.- Σ.490-494.

3. Στίλμπανς Λ.Σ. Φυσική ημιαγωγών - Μ., 1967. - Σελ.75-83, 292-311.

4. Ioffe A.F. Θερμοστοιχεία ημιαγωγών - Μ., 1960.

Λέξεις-κλειδιά

Αρχές 19ου αιώνα. Η Χρυσή Εποχή της Φυσικής και της Ηλεκτρολογίας. Το 1834, ο Γάλλος ωρολογοποιός και φυσιοδίφης Jean-Charles Peltier τοποθέτησε μια σταγόνα νερού ανάμεσα σε ηλεκτρόδια βισμούθιου και αντιμονίου και στη συνέχεια πέρασε ένα ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του κυκλώματος. Προς έκπληξή του, είδε ότι η σταγόνα πάγωσε ξαφνικά.

Η θερμική επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος στους αγωγούς ήταν γνωστή, αλλά το αντίθετο αποτέλεσμα ήταν παρόμοιο με τη μαγεία. Μπορεί κανείς να καταλάβει τα συναισθήματα του Peltier: αυτό το φαινόμενο στη συμβολή δύο διαφορετικών τομέων της φυσικής - της θερμοδυναμικής και του ηλεκτρισμού - εξακολουθεί να προκαλεί μια αίσθηση θαύματος σήμερα.

Το πρόβλημα της ψύξης τότε δεν ήταν τόσο οξύ όσο είναι σήμερα. Ως εκ τούτου, το φαινόμενο Peltier μετατράπηκε σε σχεδόν δύο αιώνες αργότερα, όταν εμφανίστηκαν ηλεκτρονικές συσκευές, η λειτουργία των οποίων απαιτούσε μικροσκοπικά συστήματα ψύξης. Αξιοπρέπεια Στοιχεία ψύξης Peltierείναι μικρές διαστάσεις, απουσία κινούμενων μερών, δυνατότητα διαδοχικής σύνδεσης για λήψη μεγάλων διαφορών θερμοκρασίας.

Επιπλέον, το φαινόμενο Peltier είναι αναστρέψιμο: όταν αλλάζει η πολικότητα του ρεύματος μέσω της μονάδας, η ψύξη αντικαθίσταται από θέρμανση, έτσι ώστε να μπορούν εύκολα να εφαρμοστούν συστήματα για ακριβή διατήρηση της θερμοκρασίας - θερμοστάτες - σε αυτήν. Το μειονέκτημα των στοιχείων Peltier (μονάδες) είναι η χαμηλή τους απόδοση, η οποία απαιτεί την παροχή μεγάλων τιμών ρεύματος για να επιτευχθεί αισθητή διαφορά θερμοκρασίας. Είναι επίσης δύσκολο να αφαιρέσετε τη θερμότητα από την πλάκα απέναντι από το ψυχόμενο επίπεδο.

Πρώτα όμως πρώτα. Αρχικά, ας προσπαθήσουμε να εξετάσουμε τις φυσικές διεργασίες που είναι υπεύθυνες για το παρατηρούμενο φαινόμενο. Χωρίς να βυθιστούμε στην άβυσσο των μαθηματικών υπολογισμών, θα προσπαθήσουμε απλώς να κατανοήσουμε τη φύση αυτού του ενδιαφέροντος φυσικού φαινομένου.

Δεδομένου ότι μιλάμε για φαινόμενα θερμοκρασίας, οι φυσικοί, για τη διευκόλυνση της μαθηματικής περιγραφής, αντικαθιστούν τις δονήσεις του ατομικού πλέγματος ενός υλικού με ένα συγκεκριμένο αέριο που αποτελείται από σωματίδια - φωνόνια.

Η θερμοκρασία του αερίου φωνονίου εξαρτάται από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και τις ιδιότητες του μετάλλου. Τότε οποιοδήποτε μέταλλο είναι ένα μείγμα αερίων ηλεκτρονίων και φωνονίων που βρίσκονται σε θερμοδυναμική ισορροπία Όταν δύο διαφορετικά μέταλλα έρχονται σε επαφή απουσία εξωτερικού πεδίου, το «θερμότερο» αέριο ηλεκτρονίων διεισδύει στη ζώνη του «ψυχρότερου» δημιουργώντας. η γνωστή διαφορά δυναμικού επαφής.

Όταν εφαρμόζεται μια διαφορά δυναμικού στη μετάβαση, π.χ. Όταν το ρεύμα διέρχεται από τα όρια δύο μετάλλων, τα ηλεκτρόνια παίρνουν ενέργεια από τα φωνόνια του ενός μετάλλου και τη μεταφέρουν στο αέριο φωνονίων του άλλου. Όταν αλλάζει η πολικότητα, η μεταφορά ενέργειας, που σημαίνει θέρμανση και ψύξη, αλλάζει πρόσημο.

Στους ημιαγωγούς, τα ηλεκτρόνια και οι «οπές» είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά ενέργειας, αλλά ο μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας και η εμφάνιση διαφοράς θερμοκρασίας παραμένει ο ίδιος. Η διαφορά θερμοκρασίας αυξάνεται μέχρι να εξαντληθούν τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας. Επικρατεί ισορροπία θερμοκρασίας. Αυτή είναι η σύγχρονη εικόνα της περιγραφής Φαινόμενο Peltier.

Από αυτό είναι σαφές ότι αποτελεσματικότητα του στοιχείου Peltierεξαρτάται από την επιλογή ενός ζεύγους υλικών, την τρέχουσα αντοχή και τον ρυθμό απομάκρυνσης θερμότητας από την καυτή ζώνη. Για σύγχρονα υλικά (συνήθως ημιαγωγούς), η απόδοση είναι 5-8%.

Και τώρα για την πρακτική εφαρμογή του φαινομένου Peltier.Για την αύξηση του, μεμονωμένα θερμοστοιχεία (ενώσεις δύο διαφορετικών υλικών) συναρμολογούνται σε ομάδες που αποτελούνται από δεκάδες και εκατοντάδες στοιχεία. Ο κύριος σκοπός τέτοιων μονάδων είναι η ψύξη μικρών αντικειμένων ή μικροκυκλωμάτων.

Θερμοηλεκτρική μονάδα ψύξης

Οι μονάδες εφέ Peltier χρησιμοποιούνται ευρέως σε συσκευές νυχτερινής όρασης με μια σειρά δεκτών υπέρυθρων. Τα τσιπ συσκευών με σύζευξη φόρτισης (CCD), τα οποία χρησιμοποιούνται επίσης στις ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές σήμερα, απαιτούν βαθιά ψύξη για την εγγραφή εικόνων στην υπέρυθρη περιοχή. Οι μονάδες Peltier ψύχουν ανιχνευτές υπερύθρων σε τηλεσκόπια, ενεργά στοιχεία λέιζερ για τη σταθεροποίηση της συχνότητας ακτινοβολίας και σε συστήματα χρόνου ακριβείας. Αλλά όλα αυτά είναι στρατιωτικές εφαρμογές και εφαρμογές ειδικού σκοπού.

Πρόσφατα, οι μονάδες Peltier βρήκαν εφαρμογή σε προϊόντα οικιακής χρήσης. Κυρίως στην τεχνολογία αυτοκινήτων: κλιματιστικά, φορητά ψυγεία, ψύκτες νερού.

Ένα παράδειγμα πρακτικής χρήσης του φαινομένου Peltier

Η πιο ενδιαφέρουσα και πολλά υποσχόμενη εφαρμογή των ενοτήτων είναι η τεχνολογία υπολογιστών. Οι μικροεπεξεργαστές υψηλής απόδοσης, οι επεξεργαστές και τα τσιπ καρτών βίντεο παράγουν μεγάλες ποσότητες θερμότητας. Για την ψύξη τους χρησιμοποιούνται ανεμιστήρες υψηλής ταχύτητας, οι οποίοι δημιουργούν σημαντικό ακουστικό θόρυβο. Η χρήση των μονάδων Peltier ως μέρος συνδυασμένων συστημάτων ψύξης εξαλείφει τον θόρυβο με σημαντική εξαγωγή θερμότητας.

Συμπαγές USB -ψυγείο που χρησιμοποιεί μονάδες Peltier

Και τέλος, μια λογική ερώτηση: οι μονάδες Peltier θα αντικαταστήσουν τα συνηθισμένα συστήματα ψύξης στα οικιακά ψυγεία συμπίεσης; Σήμερα αυτό είναι ασύμφορο από άποψη απόδοσης (χαμηλής απόδοσης) και τιμής. Το κόστος των ισχυρών μονάδων εξακολουθεί να είναι αρκετά υψηλό.

Όμως η τεχνολογία και η επιστήμη των υλικών δεν μένουν ακίνητες. Είναι αδύνατο να αποκλειστεί η πιθανότητα εμφάνισης νέων, φθηνότερων υλικών με υψηλότερη απόδοση και υψηλό συντελεστή Peltier. Ήδη σήμερα υπάρχουν αναφορές από ερευνητικά εργαστήρια για τις εκπληκτικές ιδιότητες των υλικών νανοάνθρακα που μπορούν να αλλάξουν ριζικά την κατάσταση με αποτελεσματικά συστήματα ψύξης.

Έχουν υπάρξει αναφορές για την υψηλή θερμοηλεκτρική απόδοση των clastrates - στερεών διαλυμάτων παρόμοια σε δομή με τα ένυδρα. Όταν αυτά τα υλικά φύγουν από τα ερευνητικά εργαστήρια, εντελώς αθόρυβα ψυγεία με απεριόριστη διάρκεια ζωής θα αντικαταστήσουν τα συνηθισμένα οικιακά μας μοντέλα.

ΥΣΤΕΡΟΓΡΑΦΟ.Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά θερμοηλεκτρική τεχνολογίαείναι ότι δεν μπορεί μόνο να χρησιμοποιήσει ηλεκτρική ενέργειανα αποκτήσουμε ζέστη και κρύο, αλλά και χάρη σε αυτό μπορούμε αλλά ξεκινήστε την αντίστροφη διαδικασία και, για παράδειγμα, λάβετε ηλεκτρική ενέργεια από τη θερμότητα.

Ένα παράδειγμα για το πώς μπορείτελάβετε ηλεκτρική ενέργεια από θερμότητα χρησιμοποιώντας μια θερμοηλεκτρική μονάδα () κοίτα αυτόβίντεο:

Τι πιστεύετε γι 'αυτό; Ανυπομονώ για τα σχόλιά σας!

Αντρέι Πόβνι

Υπουργείο Παιδείας και Επιστημών της Ρωσικής Ομοσπονδίας

ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑΚΟΥ ΚΡΑΤΙΚΟΥ ΠΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ

ΑΝΩΤΕΡΗ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ

«Κρατικό Πανεπιστήμιο του Κουρσκ»

Σχολή Φυσικομαθηματικών

Τμήμα Νανοτεχνολογίας

Εργασία μαθήματος

Με θέμα: «Φαινόμενο Peltier»

Συμπλήρωσε: Γ' μαθήτρια της ομάδας 36 Kakurina O.A.

Έλεγχος: Αναπληρωτής Καθηγητής Chelyshev S.Yu.

Εισαγωγή…………………………………………………………………..3

1. Ιστορία της ανακάλυψης της επίδρασης………………………………………………………………

2. Θεωρητικό υπόβαθρο……………………………………………6

3. Τεχνική υλοποίηση του αποτελέσματος…………………………………………12

4. Αιτήσεις……………………………………………………….19

Συμπεράσματα……………………………………………………………………………………….21

Κατάλογος αναφορών………………………………..…..23

Εισαγωγή

Αυτή η εργασία είναι αφιερωμένη στη μελέτη του θερμοηλεκτρικού φαινομένου, στο οποίο η θερμότητα απελευθερώνεται ή απορροφάται όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα περνά στο σημείο επαφής (διασταύρωση) δύο ανόμοιων αγωγών - το φαινόμενο Peltier. Παρουσιάζει την ιστορία της ανακάλυψης αυτού του φαινομένου, περιγράφει τη θεωρητική βάση του, εξετάζει την τεχνική υλοποίηση του φαινομένου και παρουσιάζει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των στοιχείων Peltier.

Οι ανακαλύψεις των θερμοηλεκτρικών φαινομένων, ιδιαίτερα του φαινομένου Peltier, έθεσαν τα θεμέλια για την ανάπτυξη ενός ανεξάρτητου τομέα τεχνολογίας - της θερμοενεργειακής, που ασχολείται τόσο με την άμεση μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια όσο και με θέματα θερμοηλεκτρικής ψύξης και θέρμανσης. Η ιστορία της ανακάλυψης των θερμοηλεκτρικών φαινομένων ξεκινάει περισσότερα από 180 χρόνια. Έλαβαν πρακτική χρήση μόνο στα μέσα του 20ου αιώνα, δηλαδή 130 χρόνια μετά την ανακάλυψή τους. Επί του παρόντος, το φαινόμενο Peltier έχει ευρείες πρακτικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, χρησιμοποιείται για την ψύξη και τον έλεγχο της θερμοκρασίας των διοδικών λέιζερ για τη σταθεροποίηση του μήκους κύματος εκπομπής. σε θερμοστάτες? σε οπτικό εξοπλισμό? για τον έλεγχο της διαδικασίας κρυστάλλωσης. ως προθερμαντήρας για σκοπούς θέρμανσης. Χρησιμοποιείται ευρέως στην τεχνολογία υπολογιστών. σε ραδιοηλεκτρικές συσκευές? σε ιατρικό και φαρμακευτικό εξοπλισμό· σε οικιακές συσκευές? σε εξοπλισμό ελέγχου κλίματος. για δροσιστικά ποτά? σε εργαστηριακά και επιστημονικά όργανα· σε παγομηχανές? σε κλιματιστικά? για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας? σε ηλεκτρονικούς μετρητές ροής νερού.

Σκοπός αυτής της εργασίας είναι να εξοικειωθείτε με την ιστορία της ανακάλυψης του φαινομένου Peltier, να μελετήσετε τα φυσικά του θεμέλια, να μελετήσετε στοιχεία με βάση αυτό το φαινόμενο, να αναπτύξετε τεχνικές υλοποιήσεις του φαινομένου και να συστηματοποιήσετε την αποκτηθείσα γνώση.

1. Ιστορία της ανακάλυψης.

Μια σειρά από επιστημονικές ανακαλύψεις στη «μεγάλη δεκαετία» των αρχών του δέκατου ένατου αιώνα έθεσαν τις προϋποθέσεις για την κυριαρχία της θερμοηλεκτρικής ενέργειας, αναμφίβολα την πιο υποσχόμενη κατεύθυνση στον ενεργειακό τομέα του μέλλοντος. Οι επιστημονικές κατευθύνσεις σε αυτόν τον τομέα αναπτύσσονται συνεχώς και οι Ρώσοι επιστήμονες βρίσκονται στο επίκεντρο αυτής της έρευνας.

Η ιστορία της ανακάλυψης των θερμοηλεκτρικών φαινομένων ξεκινάει περισσότερα από 180 χρόνια πίσω. Έλαβαν πρακτική χρήση μόνο στα μέσα του 20ου αιώνα, δηλαδή 130 χρόνια μετά την ανακάλυψή τους και κυρίως χάρη στο έργο του Σοβιετικού ακαδημαϊκού A.F. Ioffe. Ξεκίνησε από τον Γερμανό επιστήμονα Thomas Johann Seebeck (1770 - 1831). Το 1822 δημοσίευσε τα αποτελέσματα των πειραμάτων του στο άρθρο «>

12 χρόνια (1834) μετά την ανακάλυψη του Seebeck, ανακαλύφθηκε το «φαινόμενο Peltier». Αυτό το φαινόμενο είναι το αντίθετο από το φαινόμενο Seebeck. Το φαινόμενο αυτό ανακαλύφθηκε από τον Γάλλο φυσικό και μετεωρολόγο Peltier Jean Charles Atanaz (Εικ. 1). Η φυσική ήταν το χόμπι του. Προηγουμένως εργάστηκε ως ωρολογοποιός στην A.L. Breguet, αλλά χάρη στην κληρονομιά που έλαβε το 1815, ο Peltier μπόρεσε να αφοσιωθεί σε πειράματα στη φυσική και παρατήρηση μετεωρολογικών φαινομένων. Όπως και ο Seebeck, ο Peltier δεν μπόρεσε να ερμηνεύσει σωστά τα αποτελέσματα της έρευνάς του. Κατά τη γνώμη του, τα αποτελέσματα που προέκυψαν χρησίμευσαν ως παράδειγμα του γεγονότος ότι όταν αδύναμα ρεύματα διέρχονται από ένα κύκλωμα, ο παγκόσμιος νόμος Joule-Lenz για την απελευθέρωση θερμότητας από ένα ρέον ρεύμα δεν λειτουργεί. Μόλις το 1838, ο ακαδημαϊκός της Αγίας Πετρούπολης Emilius Christianovich Lenz (1804-1865) απέδειξε ότι το «φαινόμενο Peltier» είναι ένα ανεξάρτητο φυσικό φαινόμενο που συνίσταται στην απελευθέρωση και απορρόφηση πρόσθετης θερμότητας στις διασταυρώσεις του κυκλώματος κατά τη διέλευση συνεχούς ρεύματος. . Σε αυτή την περίπτωση, η φύση της διαδικασίας (απορρόφηση ή απελευθέρωση) εξαρτάται από την κατεύθυνση του ρεύματος. Στο πείραμά του, ο Lenz πειραματίστηκε με μια σταγόνα νερού που τοποθετήθηκε στη συμβολή δύο αγωγών (βισμούθιο και αντιμόνιο). Όταν ένα ρεύμα περνούσε προς μία κατεύθυνση, μια σταγόνα νερού πάγωσε και όταν άλλαζε η φορά του ρεύματος, έλιωνε. Έτσι, διαπιστώθηκε ότι όταν το ρεύμα διέρχεται από την επαφή δύο αγωγών, η θερμότητα απελευθερώνεται προς τη μία κατεύθυνση και απορροφάται από την άλλη. Είκοσι χρόνια αργότερα, ο William Thomson (μετέπειτα Λόρδος Kelvin) έδωσε μια περιεκτική εξήγηση για τα αποτελέσματα Seebeck και Peltier και τη σχέση μεταξύ τους. Οι θερμοδυναμικές σχέσεις που έλαβε ο Thomson του επέτρεψαν να προβλέψει το τρίτο θερμοηλεκτρικό φαινόμενο, το οποίο αργότερα ονομάστηκε από αυτόν.

Ρύζι. 1. Peltier Jean Charles Athanaz (1785 - 1845)

Αυτές οι ανακαλύψεις έθεσαν τα θεμέλια για την ανάπτυξη ενός ανεξάρτητου τομέα τεχνολογίας - της θερμοενεργειακής, που ασχολείται τόσο με την άμεση μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια (φαινόμενο Seebeck) όσο και με τα ζητήματα της θερμοηλεκτρικής ψύξης και θέρμανσης (φαινόμενο Peltier). Στις αρχές του 19ου αιώνα, ο Γερμανός μηχανικός Altenkirch ανέπτυξε αυτή τη θεωρία και εισήγαγε τις έννοιες του συντελεστή απόδοσης και της απόδοσης Z, δείχνοντας ότι το φαινόμενο Peltier στις μεταλλικές διασταυρώσεις, λόγω της επιτεύξιμης διαφοράς θερμοκρασίας μόνο μερικών βαθμών, δεν ήταν κατάλληλο. για πρακτική εφαρμογή. Και μόνο αρκετές δεκαετίες αργότερα, κυρίως μέσω των προσπαθειών του ακαδημαϊκού A. Ioffe και της θεωρίας των στερεών λύσεων που ανέπτυξε, προέκυψαν θεωρητικά και πρακτικά αποτελέσματα που έδωσαν ώθηση στην ευρεία πρακτική εφαρμογή του φαινομένου Peltier.

2. Θεωρητική αιτιολόγηση.

Το φαινόμενο Peltier είναι ένα θερμοηλεκτρικό φαινόμενο κατά το οποίο η θερμότητα απελευθερώνεται ή απορροφάται όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται στο σημείο επαφής (διασταύρωση) δύο ανόμοιων αγωγών. Η ποσότητα της παραγόμενης θερμότητας και το πρόσημο της εξαρτώνται από τον τύπο των ουσιών που έρχονται σε επαφή, την κατεύθυνση και την ισχύ του ηλεκτρικού ρεύματος που ρέει.

Σε αντίθεση με τη θερμότητα Joule–Lenz, η οποία είναι ανάλογη με το τετράγωνο της ισχύος ρεύματος (Q = R·I2·t), η θερμότητα Peltier είναι ανάλογη με την πρώτη ισχύ της ισχύος ρεύματος και αλλάζει πρόσημο όταν αλλάζει η κατεύθυνση της τελευταίας . Η θερμότητα Peltier, όπως φαίνεται από πειραματικές μελέτες, μπορεί να εκφραστεί με τον τύπο:

Qп = П · q (1)

όπου q είναι το φορτίο που διέρχεται από την επαφή (q = I t), P είναι ο λεγόμενος συντελεστής Peltier, η τιμή του οποίου εξαρτάται από τη φύση των υλικών που έρχονται σε επαφή και τη θερμοκρασία τους.

Η ποσότητα της θερμότητας που παράγεται Qp και το πρόσημο της εξαρτώνται από τον τύπο των ουσιών που έρχονται σε επαφή, την ισχύ του ρεύματος και τον χρόνο διέλευσης του:

dQп = П12· I· dt (2)

Εδώ P12 = P1 – P2 είναι ο συντελεστής Peltier για μια δεδομένη επαφή, που σχετίζεται με τους απόλυτους συντελεστές Peltier P1 και P2 των υλικών επαφής. Σε αυτή την περίπτωση, θεωρείται ότι το ρεύμα ρέει από το πρώτο δείγμα στο δεύτερο. Όταν απελευθερώνεται θερμότητα Peltier, έχουμε: QP > 0, P12 > 0, P1 > P2. Όταν απορροφάται θερμότητα Peltier, θεωρείται αρνητική και, κατά συνέπεια: QП< 0, П12 < 0, П1 < П2. Очевидно, что П12 = – П21.

Διάσταση του συντελεστή Peltier:

[P] SI = J / Cl = V.

q P = P12 j , (3)

όπου j = I / S – πυκνότητα ρεύματος. S – περιοχή επαφής.

Η διάσταση αυτής της ποσότητας:

SI = W/m2.

Ρύζι. 2. Σχέδιο πειράματος για τη μέτρηση της θερμότητας Peltier

(Cu – χαλκός, Bi – βισμούθιο).

Στο παρουσιαζόμενο πειραματικό διάγραμμα (Εικ. 2) για τη μέτρηση της θερμότητας Peltier, με την ίδια αντίσταση των συρμάτων R (Cu+Bi) μειωμένη στα θερμιδόμετρα, η ίδια θερμότητα Joule θα απελευθερωθεί σε κάθε θερμιδόμετρο, δηλαδή στο Q = R· I2·t. Η θερμότητα Peltier, αντίθετα, θα είναι θετική στο ένα θερμιδόμετρο και αρνητικό στο άλλο. Σύμφωνα με αυτό το σχήμα, είναι δυνατή η μέτρηση της θερμότητας Peltier και ο υπολογισμός των τιμών των συντελεστών Peltier για διαφορετικά ζεύγη αγωγών. Ο συντελεστής Peltier εξαρτάται σημαντικά από τη θερμοκρασία. Ορισμένες τιμές του συντελεστή Peltier για διάφορα ζεύγη μετάλλων παρουσιάζονται στον Πίνακα 1.

Τραπέζι 1.

Τιμές συντελεστών Peltier για διάφορα ζεύγη μετάλλων

Ο συντελεστής Peltier, που είναι ένα σημαντικό τεχνικό χαρακτηριστικό των υλικών, συνήθως δεν μετριέται, αλλά υπολογίζεται μέσω του συντελεστή Thomson:

P = a T, (4)

όπου P είναι ο συντελεστής Peltier, a είναι ο συντελεστής Thomson, T είναι η απόλυτη θερμοκρασία.

Η ανακάλυψη του φαινομένου Peltier είχε μεγάλη επιρροή στη μετέπειτα ανάπτυξη της φυσικής, και στη συνέχεια σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας.

Έτσι, η ουσία του ανοιχτού φαινομένου είναι η εξής: όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από την επαφή δύο αγωγών από διαφορετικά υλικά, ανάλογα με την κατεύθυνσή του, εκτός από τη θερμότητα Joule, απελευθερώνεται ή απορροφάται επιπλέον θερμότητα, η οποία ονομάζεται Peltier θερμότητα. Ο βαθμός εκδήλωσης αυτής της επίδρασης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα υλικά των επιλεγμένων αγωγών και τους ηλεκτρικούς τρόπους που χρησιμοποιούνται.

Η κλασική θεωρία εξηγεί το φαινόμενο Peltier από το γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια που μεταφέρονται με ρεύμα από το ένα μέταλλο στο άλλο επιταχύνονται ή επιβραδύνονται από την εσωτερική διαφορά δυναμικού επαφής μεταξύ των μετάλλων. Στην πρώτη περίπτωση, η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων αυξάνεται και στη συνέχεια απελευθερώνεται ως θερμότητα. Στη δεύτερη περίπτωση, η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων μειώνεται και αυτή η απώλεια ενέργειας αναπληρώνεται λόγω των θερμικών δονήσεων των ατόμων του δεύτερου αγωγού. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται ψύξη. Μια πιο ολοκληρωμένη θεωρία λαμβάνει υπόψη όχι τη μεταβολή της δυναμικής ενέργειας όταν ένα ηλεκτρόνιο μεταφέρεται από το ένα μέταλλο στο άλλο, αλλά τη μεταβολή της συνολικής ενέργειας.

Στο Σχ. 3 και Σχ. Το σχήμα 4 δείχνει ένα κλειστό κύκλωμα που αποτελείται από δύο διαφορετικούς ημιαγωγούς PP1 και PP2 με επαφές Α και Β.

Ρύζι. 3. Απελευθέρωση θερμότητας Peltier (επαφή Α)

Ρύζι. 4. Απορρόφηση θερμότητας Peltier (επαφή Α)

Ένα τέτοιο κύκλωμα συνήθως ονομάζεται θερμοστοιχείο και οι κλάδοι του ονομάζονται θερμοηλεκτρόδια. Ένα ρεύμα που δημιουργείται από μια εξωτερική πηγή Ε ρέει μέσα από το κύκλωμα. Το σχήμα 3 απεικονίζει την κατάσταση όταν στην επαφή A (το ρεύμα ρέει από PP1 σε PP2) απελευθερώνεται θερμότητα Peltier Qп (A) > 0, και στην επαφή B (το ρεύμα κατευθύνεται από PP2 σε PP1) η απορρόφησή του είναι Qp (B)< 0. В результате происходит изменение температур спаев: ТА >ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ. Στο Σχ. 4, μια αλλαγή στο πρόσημο της πηγής αλλάζει την κατεύθυνση του ρεύματος προς το αντίθετο: από PP2 σε PP1 στην επαφή A και από PP1 σε PP2 στην επαφή B. Συνεπώς, το πρόσημο της θερμότητας Peltier και η σχέση μεταξύ της επαφής αλλαγές θερμοκρασίας: Qp (A)< 0, ТА < ТВ .

Το φαινόμενο Peltier, όπως πολλά θερμοηλεκτρικά φαινόμενα, είναι ιδιαίτερα έντονο σε κυκλώματα που αποτελούνται από ημιαγωγούς με ηλεκτρονική (n-type) και οπή (p-type) αγωγιμότητα. Τέτοιοι ημιαγωγοί ονομάζονται, αντίστοιχα, ημιαγωγοί τύπου n και p ή απλά ημιαγωγοί τύπου n και p. Ας εξετάσουμε την κατάσταση όταν το ρεύμα στην επαφή πηγαίνει από έναν ημιαγωγό οπής σε έναν ηλεκτρονικό. Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια και οι οπές κινούνται το ένα προς το άλλο και, αφού συναντηθούν, ανασυνδυάζονται. Ως αποτέλεσμα του ανασυνδυασμού, απελευθερώνεται ενέργεια, η οποία απελευθερώνεται με τη μορφή θερμότητας. Αυτή η κατάσταση φαίνεται στο Σχ. 5, που δείχνει τις ενεργειακές ζώνες (Ec – ζώνη αγωγιμότητας, Еv – ζώνη σθένους) για ημιαγωγούς ακαθαρσιών με οπή και ηλεκτρονική αγωγιμότητα.

Ρύζι. 5. Παραγωγή θερμότητας Peltier στην επαφή ημιαγωγών τύπου p και n

Στο Σχ. 6 (Ec – ζώνη αγωγιμότητας, Еv – ζώνη σθένους) απεικονίζει την απορρόφηση της θερμότητας Peltier για την περίπτωση που το ρεύμα ρέει από έναν ημιαγωγό n σε p.

Ρύζι. 6. Απορρόφηση θερμότητας Peltier στην επαφή ημιαγωγών τύπου p και n

Ρύζι. 7. Χρήση ημιαγωγών τύπου p και n σε θερμοηλεκτρικά ψυγεία.

3. Τεχνική υλοποίηση του εφέ.

Ο συνδυασμός μεγάλου αριθμού ζευγών ημιαγωγών τύπου p και n καθιστά δυνατή τη δημιουργία ψυκτικών στοιχείων - μονάδες Peltier σχετικά υψηλής ισχύος.

Μια μονάδα Peltier (στοιχείο Peltier) είναι ένας θερμοηλεκτρικός μετατροπέας του οποίου η αρχή λειτουργίας βασίζεται στο φαινόμενο Peltier.

Η δομή μιας ημιαγωγικής θερμοηλεκτρικής μονάδας Peltier φαίνεται στο Σχ. 8.

Ρύζι. 8. Δομή της μονάδας Peltier.

Η μονάδα Peltier είναι ένα θερμοηλεκτρικό ψυγείο που αποτελείται από ημιαγωγούς τύπου p και n που συνδέονται σε σειρά, σχηματίζοντας συνδέσμους p-n- και n-p. Κάθε μία από αυτές τις διασταυρώσεις έχει θερμική επαφή με ένα από τα δύο καλοριφέρ. Ως αποτέλεσμα της διέλευσης ενός ηλεκτρικού ρεύματος ορισμένης πολικότητας, σχηματίζεται μια διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των καλοριφέρ της μονάδας Peltier: ένα ψυγείο λειτουργεί σαν ψυγείο, το άλλο θερμαντικό σώμα θερμαίνεται και χρησιμεύει για την απομάκρυνση της θερμότητας. Στο Σχ. Το σχήμα 9 δείχνει την εμφάνιση μιας τυπικής μονάδας Peltier.

Ρύζι. 9. Εμφάνιση της μονάδας Peltier.

Μια τυπική μονάδα παρέχει σημαντική διαφορά θερμοκρασίας αρκετών δεκάδων βαθμών. Με την κατάλληλη εξαναγκασμένη ψύξη του καλοριφέρ θέρμανσης, το δεύτερο καλοριφέρ - το ψυγείο - επιτρέπει σε κάποιον να φτάσει σε αρνητικές θερμοκρασίες. Για να αυξήσετε τη διαφορά θερμοκρασίας, είναι δυνατό να ενεργοποιήσετε τις θερμοηλεκτρικές μονάδες Peltier με καταρράκτη, διασφαλίζοντας παράλληλα επαρκή ψύξη. Αυτό επιτρέπει, με σχετικά απλά μέσα, την επίτευξη σημαντικής διαφοράς θερμοκρασίας και την εξασφάλιση αποτελεσματικής ψύξης των προστατευόμενων στοιχείων. Στο Σχ. Το σχήμα 10 δείχνει ένα παράδειγμα διαδοχικής σύνδεσης τυπικών μονάδων Peltier.

Ρύζι. 10. Παράδειγμα διαδοχικής σύνδεσης μονάδων Peltier

Οι συσκευές ψύξης που βασίζονται σε μονάδες Peltier ονομάζονται συχνά ενεργά ψυγεία Peltier ή απλά ψύκτες Peltier (Εικ. 11). Η χρήση των μονάδων Peltier σε ενεργούς ψύκτες τα καθιστά σημαντικά πιο αποτελεσματικά σε σύγκριση με τους τυπικούς τύπους ψυγείων που βασίζονται σε παραδοσιακά καλοριφέρ και ανεμιστήρες. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία σχεδιασμού και χρήσης ψυκτών με μονάδες Peltier, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη ορισμένα ειδικά χαρακτηριστικά που προκύπτουν από το σχεδιασμό των μονάδων, την αρχή λειτουργίας τους, την αρχιτεκτονική του σύγχρονου υλικού υπολογιστών και τη λειτουργικότητα του συστήματος και λογισμικό εφαρμογής.

Ρύζι. 11. Εμφάνιση ψυγείου με μονάδα Peltier

Το κύριο χαρακτηριστικό μιας θερμοηλεκτρικής συσκευής ψύξης είναι η ψυκτική της απόδοση:

Z = a2 / (r l), (5)

όπου a είναι ο συντελεστής θερμικής ισχύος. r – ειδική αντίσταση; l είναι η θερμική αγωγιμότητα του ημιαγωγού.

Η παράμετρος Z είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας και της συγκέντρωσης του φορέα φορτίου και για κάθε δεδομένη θερμοκρασία υπάρχει μια βέλτιστη τιμή συγκέντρωσης στην οποία η τιμή Z είναι μέγιστη. Η εισαγωγή ορισμένων ακαθαρσιών σε έναν ημιαγωγό είναι το κύριο διαθέσιμο μέσο για την αλλαγή των παραμέτρων του (a, r, l) προς την επιθυμητή κατεύθυνση. Οι σύγχρονες θερμοηλεκτρικές συσκευές ψύξης παρέχουν μείωση της θερμοκρασίας από +20°C σε 200°C. Η ψυκτική τους ικανότητα δεν είναι συνήθως μεγαλύτερη από 100 W.

Οι μονάδες Peltier, που χρησιμοποιούνται ως εξαρτήματα για την ψύξη ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, χαρακτηρίζονται από σχετικά υψηλή αξιοπιστία και, σε αντίθεση με τα ψυγεία που δημιουργούνται με την παραδοσιακή τεχνολογία, δεν έχουν κινούμενα μέρη. Και, όπως σημειώθηκε παραπάνω, για να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα της λειτουργίας τους, επιτρέπουν τη χρήση καταρράκτη, γεγονός που καθιστά δυνατή τη μείωση της θερμοκρασίας των περιβλημάτων των προστατευμένων ηλεκτρονικών στοιχείων σε αρνητικές τιμές, ακόμη και με τη σημαντική ισχύ διασποράς τους. Επίσης, η ενότητα είναι αναστρέψιμη, δηλ. Όταν η πολικότητα DC αντιστρέφεται, οι θερμές και οι ψυχρές πλάκες αλλάζουν θέση.

Ωστόσο, εκτός από τα προφανή πλεονεκτήματα, οι μονάδες Peltier έχουν επίσης μια σειρά από συγκεκριμένες ιδιότητες και χαρακτηριστικά που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τη χρήση τους ως μέρος ψυκτικών υγρών. Τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά λειτουργίας:

Οι μονάδες Peltier, οι οποίες παράγουν μεγάλη ποσότητα θερμότητας κατά τη λειτουργία τους, απαιτούν την παρουσία κατάλληλων θερμαντικών σωμάτων και ανεμιστήρων στο ψυγείο που μπορούν να απομακρύνουν αποτελεσματικά την περίσσεια θερμότητας από τις μονάδες ψύξης. Οι θερμοηλεκτρικές μονάδες χαρακτηρίζονται από έναν σχετικά χαμηλό συντελεστή απόδοσης (απόδοση) και, εκτελώντας τις λειτουργίες μιας αντλίας θερμότητας, είναι οι ίδιες ισχυρές πηγές θερμότητας. Η χρήση αυτών των μονάδων ως μέρος των μέσων ψύξης για ηλεκτρονικά εξαρτήματα υπολογιστή προκαλεί σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας μέσα στη μονάδα συστήματος, η οποία συχνά απαιτεί πρόσθετα μέτρα και μέσα για τη μείωση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό της θήκης του υπολογιστή. Διαφορετικά, η αυξημένη θερμοκρασία στο εσωτερικό της θήκης δημιουργεί λειτουργικές δυσκολίες όχι μόνο για τα προστατευμένα στοιχεία και τα συστήματα ψύξης τους, αλλά και για τα υπόλοιπα εξαρτήματα του υπολογιστή. Επίσης, οι μονάδες Peltier είναι ένα σχετικά ισχυρό πρόσθετο φορτίο για το τροφοδοτικό. Λαμβάνοντας υπόψη την τρέχουσα κατανάλωση των μονάδων Peltier, η ισχύς του τροφοδοτικού του υπολογιστή πρέπει να είναι τουλάχιστον 250 W. Όλα αυτά οδηγούν στη σκοπιμότητα επιλογής μητρικών ATX και θηκών με τροφοδοτικά επαρκούς ισχύος. Η χρήση αυτού του σχεδίου διευκολύνει τα εξαρτήματα του υπολογιστή να οργανώσουν τις βέλτιστες θερμικές και ηλεκτρικές συνθήκες.

Η μονάδα Peltier, σε περίπτωση βλάβης της, απομονώνει το ψυχόμενο στοιχείο από το ψυγείο του ψυγείου. Αυτό οδηγεί σε μια πολύ γρήγορη διακοπή του θερμικού καθεστώτος του προστατευμένου στοιχείου και σε γρήγορη αστοχία του από επακόλουθη υπερθέρμανση.

Οι χαμηλές θερμοκρασίες που εμφανίζονται κατά τη λειτουργία των ψυγείων Peltier με υπερβολική ισχύ συμβάλλουν στη συμπύκνωση της υγρασίας από τον αέρα. Αυτό ενέχει κίνδυνο για τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα, καθώς η συμπύκνωση μπορεί να προκαλέσει βραχυκυκλώματα μεταξύ των εξαρτημάτων. Για την εξάλειψη αυτού του κινδύνου, συνιστάται η χρήση ψυγείων Peltier με βέλτιστη ισχύ. Το αν θα συμβεί συμπύκνωση ή όχι εξαρτάται από πολλές παραμέτρους. Τα πιο σημαντικά είναι: η θερμοκρασία περιβάλλοντος (σε αυτή την περίπτωση, η θερμοκρασία του αέρα στο εσωτερικό της θήκης), η θερμοκρασία του ψυχόμενου αντικειμένου και η υγρασία του αέρα. Όσο πιο ζεστός είναι ο αέρας στο εσωτερικό της θήκης και όσο μεγαλύτερη είναι η υγρασία, τόσο πιο πιθανό είναι να προκύψει συμπύκνωση υγρασίας και επακόλουθη βλάβη των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων του υπολογιστή.

Εκτός από αυτά τα χαρακτηριστικά, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη ορισμένες ειδικές περιστάσεις που σχετίζονται με τη χρήση θερμοηλεκτρικών μονάδων Peltier ως τμήμα ψυκτών που χρησιμοποιούνται για την ψύξη κεντρικών επεξεργαστών υψηλής απόδοσης ισχυρών υπολογιστών.

Η αρχιτεκτονική των σύγχρονων επεξεργαστών (Εικ. 12) και ορισμένων προγραμμάτων συστήματος προβλέπουν αλλαγές στην κατανάλωση ενέργειας ανάλογα με το φορτίο των επεξεργαστών. Αυτό σας επιτρέπει να βελτιστοποιήσετε την κατανάλωση ενέργειας. Υπό κανονικές συνθήκες, η βελτιστοποίηση της λειτουργίας του επεξεργαστή και της κατανάλωσης ενέργειας έχει ευεργετική επίδραση τόσο στο θερμικό καθεστώς του ίδιου του επεξεργαστή όσο και στη συνολική θερμική ισορροπία. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι οι λειτουργίες με περιοδικές αλλαγές στην κατανάλωση ενέργειας ενδέχεται να μην είναι συμβατές με μέσα ψύξης για επεξεργαστές που χρησιμοποιούν μονάδες Peltier. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα υπάρχοντα ψυγεία Peltier είναι γενικά σχεδιασμένα για συνεχή λειτουργία.

Ρύζι. 12. Επεξεργαστής με μονάδα Peltier

Μερικά προβλήματα μπορεί επίσης να προκύψουν ως αποτέλεσμα της λειτουργίας ορισμένων ενσωματωμένων λειτουργιών, για παράδειγμα, εκείνων που ελέγχουν ανεμιστήρες ψύξης. Ειδικότερα, οι λειτουργίες διαχείρισης ισχύος επεξεργαστή σε ορισμένα συστήματα υπολογιστών περιλαμβάνουν αλλαγή της ταχύτητας των ανεμιστήρων ψύξης μέσω του ενσωματωμένου υλικού της μητρικής πλακέτας. Υπό κανονικές συνθήκες, αυτό βελτιώνει σημαντικά τη θερμική απόδοση του επεξεργαστή του υπολογιστή. Ωστόσο, στην περίπτωση χρήσης των απλούστερων ψυγείων Peltier, η μείωση της ταχύτητας περιστροφής μπορεί να οδηγήσει σε επιδείνωση του θερμικού καθεστώτος με μοιραίο αποτέλεσμα για τον επεξεργαστή λόγω της υπερθέρμανσης του από τη λειτουργική μονάδα Peltier, η οποία, εκτός από την απόδοση οι λειτουργίες μιας αντλίας θερμότητας, είναι μια ισχυρή πηγή πρόσθετης θερμότητας.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, όπως και στην περίπτωση των κεντρικών επεξεργαστών υπολογιστών, τα ψυγεία Peltier μπορούν να αποτελέσουν μια καλή εναλλακτική λύση στα παραδοσιακά μέσα ψύξης chipset βίντεο που χρησιμοποιούνται σε σύγχρονους προσαρμογείς βίντεο υψηλής απόδοσης. Η λειτουργία τέτοιων chipset βίντεο συνοδεύεται από σημαντική παραγωγή θερμότητας και συνήθως δεν υπόκειται σε ξαφνικές αλλαγές στους τρόπους λειτουργίας τους.

Προκειμένου να εξαλειφθούν τα προβλήματα με τις μεταβλητές λειτουργίες κατανάλωσης ενέργειας που προκαλούν συμπύκνωση υγρασίας από τον αέρα και πιθανή υποθερμία, και σε ορισμένες περιπτώσεις ακόμη και υπερθέρμανση προστατευμένων στοιχείων όπως οι επεξεργαστές υπολογιστών, θα πρέπει να αποφύγετε τη χρήση τέτοιων λειτουργιών και ορισμένων ενσωματωμένων λειτουργιών. Ωστόσο, ως εναλλακτική λύση, μπορούν να χρησιμοποιηθούν συστήματα ψύξης που παρέχουν έξυπνους ελέγχους για ψυγεία Peltier. Τέτοια εργαλεία μπορούν να ελέγξουν όχι μόνο τη λειτουργία των ανεμιστήρων, αλλά και να αλλάξουν τους τρόπους λειτουργίας των ίδιων των θερμοηλεκτρικών μονάδων που χρησιμοποιούνται ως μέρος ενεργών ψυκτών.

Εργασίες για τη βελτίωση των συστημάτων για τη διασφάλιση βέλτιστων συνθηκών θερμοκρασίας για ηλεκτρονικά στοιχεία εκτελούνται από πολλά ερευνητικά εργαστήρια. Και τα συστήματα ψύξης που χρησιμοποιούν θερμοηλεκτρικές μονάδες Peltier θεωρούνται εξαιρετικά υποσχόμενα.

4. Τομείς εφαρμογής.

Οι κύριοι τομείς πρακτικής χρήσης του φαινομένου Peltier στους ημιαγωγούς: απόκτηση κρύου για τη δημιουργία θερμοηλεκτρικών συσκευών ψύξης, θέρμανση για σκοπούς θέρμανσης, θερμοστάτη, έλεγχος της διαδικασίας κρυστάλλωσης υπό συνθήκες σταθερής θερμοκρασίας. Οι θερμοηλεκτρικές μονάδες (TEM) χρησιμοποιούνται σε συσκευές ψύξης για ηλεκτρονικά εξαρτήματα και διάφορες συσκευές ελέγχου θερμοκρασίας λόγω της ευκολίας του ηλεκτρονικού ελέγχου ακριβείας της θερμοκρασίας τόσο για θέρμανση όσο και για ψύξη.

Η μέγιστη ψυκτική ικανότητα του TEM λαμβάνεται σε μια συγκεκριμένη τιμή ρεύματος, η οποία σε μια δεδομένη τιμή της τάσης τροφοδοσίας εμφανίζεται ως Imax. Η μη σταθερή λειτουργία τροφοδοσίας ρεύματος με παλμούς ρεύματος αρκετές φορές υψηλότερους από το Imax θα επιτρέψει για κάποιο χρονικό διάστημα να αποκτήσετε μια ικανότητα ψύξης πολύ μεγαλύτερη από την ονομαστική. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι το ίδιο το φαινόμενο Peltier είναι χωρίς αδράνεια, σε αντίθεση με τη διάδοση της θερμότητας Joule και το φαινόμενο της θερμικής αγωγιμότητας, και, μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα, αυτό μπορεί να εκμεταλλευτεί. Ωστόσο, οι μη σταθεροί τρόποι λειτουργίας δεν χρησιμοποιούνται ευρέως.

Λόγω της αναστρεψιμότητας των θερμοηλεκτρικών επιδράσεων, τα TEM μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως θερμοηλεκτρικές γεννήτριες (TEG). Μακριά από τις ανέσεις του πολιτισμού, αυτή μπορεί να είναι μία από τις λίγες διαθέσιμες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας, για παράδειγμα, για επαναφόρτιση μπαταριών ή απευθείας τροφοδοσία ηλεκτρονικού εξοπλισμού ή άλλων συσκευών. Αρκετά ευρέως χρησιμοποιούνται συσκευές στις οποίες δημιουργείται διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ ενός εξωτερικού μεταλλικού κελύφους, που θερμαίνεται με ανοιχτή φωτιά (φωτιά) και ενός εσωτερικού κελύφους, που ψύχεται με νερό. Η «κρύα» πλευρά θα περιορίζεται από το σημείο βρασμού του νερού, επομένως ένα τέτοιο TEM πρέπει να σχεδιαστεί για θερμοκρασία λειτουργίας 500 – 600°K. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η θερμική ισορροπία για ένα TEG είναι ποιοτικά διαφορετικό από ένα TEM που βασίζεται στο φαινόμενο Peltier και αυτό το φαινόμενο (μαζί με τη θερμότητα Joule) κάνει μόνο μερικά τοις εκατό της συνολικής συνεισφοράς, κάτι που απαιτεί εντελώς διαφορετική έμφαση κατά το σχεδιασμό ενός TEG. Τα TEG χρησιμοποιούνται ευρέως στη διαστημική τεχνολογία, όπου η θερμοκρασία της «καυτής» πλευράς διατηρείται από μια πηγή ραδιοϊσοτόπου. Οι βηματοδότες που εμφυτεύονται στο ανθρώπινο σώμα είναι επίσης εξοπλισμένοι με TEG με πηγή ραδιοϊσοτόπου για τη δημιουργία διαφοράς θερμοκρασίας.

Επίσης, τα στοιχεία Peltier χρησιμοποιούνται συχνά για ψύξη και έλεγχο θερμοκρασίας διοδικών λέιζερ προκειμένου να σταθεροποιηθεί το μήκος κύματος της ακτινοβολίας. Σε συσκευές με χαμηλή ψυκτική ισχύ, τα στοιχεία Peltier χρησιμοποιούνται συχνά ως δεύτερο ή τρίτο στάδιο ψύξης. Αυτό καθιστά δυνατή την επίτευξη θερμοκρασιών 30 - 40 K χαμηλότερες σε σχέση με τους συμβατικούς ψύκτες συμπίεσης.

συμπέρασμα

Το φαινόμενο Peltier ανακαλύφθηκε από τον Γάλλο Jean-Charles Peltier το 1834. Σε ένα από τα πειράματά του, πέρασε ένα ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από μια λωρίδα βισμούθιου με χάλκινους αγωγούς συνδεδεμένους σε αυτήν. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, ανακάλυψα ότι η μία ένωση βισμούθιου-χαλκού θερμαίνεται, η άλλη ψύχεται. Ο ίδιος ο Peltier δεν κατανοούσε πλήρως την ουσία του φαινομένου που ανακάλυψε. Το πραγματικό νόημα του φαινομένου εξηγήθηκε αργότερα το 1838 από τον Lenz. Στο πείραμά του, ο Lenz πειραματίστηκε με μια σταγόνα νερού που τοποθετήθηκε στη συμβολή δύο αγωγών (βισμούθιο και αντιμόνιο). Όταν ένα ρεύμα περνούσε προς μία κατεύθυνση, μια σταγόνα νερού πάγωσε και όταν άλλαζε η φορά του ρεύματος, έλιωνε. Έτσι, διαπιστώθηκε ότι όταν το ρεύμα διέρχεται από την επαφή δύο αγωγών, η θερμότητα απελευθερώνεται προς τη μία κατεύθυνση και απορροφάται από την άλλη. Αυτό το φαινόμενο ονομάστηκε φαινόμενο Peltier.

Η κλασική θεωρία εξηγεί το φαινόμενο Peltier από το γεγονός ότι όταν τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται με ρεύμα από το ένα μέταλλο στο άλλο, επιταχύνονται ή επιβραδύνονται από την εσωτερική διαφορά δυναμικού επαφής μεταξύ των μετάλλων. Όταν επιταχυνθεί, η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων αυξάνεται και στη συνέχεια απελευθερώνεται ως θερμότητα. Στην αντίθετη περίπτωση, η κινητική ενέργεια μειώνεται και η ενέργεια αναπληρώνεται λόγω της ενέργειας των θερμικών δονήσεων των ατόμων του δεύτερου αγωγού, οπότε αρχίζει να ψύχεται. Μια πιο ολοκληρωμένη εξέταση λαμβάνει υπόψη την αλλαγή όχι μόνο στο δυναμικό, αλλά και στη συνολική ενέργεια.

Με βάση το φαινόμενο Peltier, δημιουργήθηκαν ενότητες (στοιχεία) Peltier. Αποτελούνται από ένα ή περισσότερα ζεύγη μικρών παραλληλεπίπεδων ημιαγωγών, τα οποία συνδέονται ανά ζεύγη χρησιμοποιώντας μεταλλικούς βραχυκυκλωτήρες. Οι μεταλλικοί βραχυκυκλωτήρες χρησιμεύουν ταυτόχρονα ως θερμικές επαφές και μονώνονται με μια μη αγώγιμη μεμβράνη ή κεραμική πλάκα. Τα ζεύγη παραλληλεπίπεδων συνδέονται με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματίζεται μια σειριακή σύνδεση πολλών ζευγών ημιαγωγών με διαφορετικούς τύπους αγωγιμότητας, έτσι ώστε στην κορυφή να υπάρχει μία ακολουθία συνδέσεων (n-> p), και στο κάτω μέρος απέναντι ( p-> n). Το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει διαδοχικά σε όλα τα παραλληλεπίπεδα. Ανάλογα με την κατεύθυνση του ρεύματος, οι επάνω επαφές ψύχονται και οι κάτω θερμαίνονται - ή το αντίστροφο. Έτσι, το ηλεκτρικό ρεύμα μεταφέρει θερμότητα από τη μία πλευρά του στοιχείου Peltier στην αντίθετη και δημιουργεί μια διαφορά θερμοκρασίας.

Τα στοιχεία Peltier πολλαπλών σταδίων χρησιμοποιούνται για την ψύξη των δεκτών ακτινοβολίας σε αισθητήρες υπερύθρων. Επί του παρόντος διεξάγονται πειράματα για την ενσωμάτωση μικροσκοπικών μονάδων Peltier απευθείας σε τσιπ επεξεργαστών για την ψύξη των πιο κρίσιμων δομών τους. Αυτή η λύση προάγει την καλύτερη ψύξη μειώνοντας τη θερμική αντίσταση και μπορεί να αυξήσει σημαντικά τη συχνότητα λειτουργίας και την απόδοση των επεξεργαστών. Έτσι, η ανακάλυψη του φαινομένου Peltier είχε μεγάλη επιρροή στη μετέπειτα ανάπτυξη της φυσικής και στη συνέχεια σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας.

Βιβλιογραφία

1. Φυσική εγκυκλοπαίδεια. – Μ.: Μεγάλη Ρωσική Εγκυκλοπαίδεια, 1998. – Τ.5. – Σελ. 98 – 99, 125.

2. Landau L.D., Lifshits E.M. Θεωρητική φυσική: Σχολικό βιβλίο. εγχειρίδιο: Για πανεπιστήμια. Στο 10. τόμος Τ. VIII. Ηλεκτροδυναμική συνεχών μέσων. – 4η έκδ., stereot – M.: Fizmatlit, 2003. – 656 σελ.

3. Maripov A. Φυσικές βάσεις της ηλεκτρονικής. – Β.: Polygraphbumresursy, 2010. – 252 σελ.

4. Sivukhin S.D. Μάθημα γενικής φυσικής. – Μ.: Nauka, 1977. – Τ.3. Ηλεκτρική ενέργεια. – Σελ. 490 – 494.

5. Στίλμπανς Λ.Σ. Φυσική ημιαγωγών. – Μ.: Σοβ. ραδιόφωνο, 1967. – Σελ.75 – 83, 292 – 311.

6. Narkevich, I. I. Φυσική για τεχνικά κολέγια / I. I. Narkevich, E. I. Volmyansky, S. I. Lobko. - Minsk: New Knowledge, 2004. – 680 p.

7.Ioffe. A.F. Θερμοστοιχεία ημιαγωγών – M.; L.: Εκδοτικός Οίκος της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ, 1960. – σελ.188

Φαινόμενο Peltier Φαινόμενο Peltier

την απελευθέρωση ή την απορρόφηση θερμότητας όταν το ρεύμα διέρχεται από μια επαφή (διασταύρωση) δύο διαφορετικών αγωγών. Η ποσότητα της θερμότητας είναι ανάλογη με την ισχύ του ρεύματος. Χρησιμοποιείται σε ψυκτικές μονάδες. Άνοιξε το 1834 από τον J. Peltier.

EΦΕ PELTIER

PELTIER EFFECT, για θερμοηλεκτρικά φαινόμενα (εκ.ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ), συνίσταται στην απελευθέρωση ή απορρόφηση θερμότητας όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από μια επαφή (διασταύρωση) δύο διαφορετικών αγωγών. Το φαινόμενο Peltier είναι το αντίστροφο του φαινομένου Seebeck (εκ.ΕΠΙΔΡΑΣΗ SEEBECK).
Ανακαλύφθηκε το 1834 από τον J. Pelletier (εκ. PELTIER Jean Charles Atanaz), ο οποίος ανακάλυψε ότι όταν το ρεύμα διέρχεται από μια ένωση δύο διαφορετικών αγωγών, η θερμοκρασία της διασταύρωσης αλλάζει. Το 1838 ο E. H. Lenz (εκ. LENZ Emiliy Khristianovich)έδειξε ότι με ένα αρκετά υψηλό ρεύμα είναι δυνατό είτε να παγώσει είτε να βράσει μια σταγόνα νερού που εφαρμόζεται σε μια διασταύρωση αλλάζοντας την κατεύθυνση του ρεύματος.
Η ουσία του φαινομένου Peltier είναι ότι όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από την επαφή δύο μετάλλων ή ημιαγωγών στην περιοχή επαφής τους, εκτός από τη συνηθισμένη θερμότητα Joule, απελευθερώνεται ή απορροφάται μια επιπλέον ποσότητα θερμότητας, που ονομάζεται Peltier. θερμότητα Q p Σε αντίθεση με τη θερμότητα Joule, η οποία είναι ανάλογη με την ισχύ του τετραγώνου του ρεύματος, η τιμή του Q p είναι ανάλογη με την πρώτη ισχύ του ρεύματος.
Q p = P. I. t.
t - τρέχων χρόνος διέλευσης,
I - τρέχουσα δύναμη.
Το P είναι ο συντελεστής Peltier, ένας συντελεστής αναλογικότητας που εξαρτάται από τη φύση των υλικών που σχηματίζουν την επαφή. Οι θεωρητικές έννοιες καθιστούν δυνατή την έκφραση του συντελεστή Peltier μέσω των μικροσκοπικών χαρακτηριστικών των ηλεκτρονίων αγωγιμότητας.
Συντελεστής Peltier P = T Da, όπου T είναι η απόλυτη θερμοκρασία, και Da είναι η διαφορά στους θερμοηλεκτρικούς συντελεστές των αγωγών. Η κατεύθυνση του ρεύματος καθορίζει εάν η θερμότητα Peltier απελευθερώνεται ή απορροφάται.
Ο λόγος για το φαινόμενο είναι ότι στην περίπτωση επαφής μεταξύ μετάλλων ή ημιαγωγών, μια εσωτερική διαφορά δυναμικού επαφής προκύπτει στο όριο. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι η δυναμική ενέργεια των φορέων και στις δύο πλευρές της επαφής γίνεται διαφορετική, καθώς η μέση ενέργεια των φορέων ρεύματος εξαρτάται από το ενεργειακό φάσμα, τη συγκέντρωση και τους μηχανισμούς διασποράς τους και είναι διαφορετική σε διαφορετικούς αγωγούς. Δεδομένου ότι η μέση ενέργεια των ηλεκτρονίων που εμπλέκονται στη μεταφορά ρεύματος διαφέρει σε διαφορετικούς αγωγούς, στη διαδικασία των συγκρούσεων με ιόντα πλέγματος, οι φορείς εκχωρούν την περίσσεια κινητικής ενέργειας στο πλέγμα και απελευθερώνεται θερμότητα. Εάν, όταν διέρχεται από μια επαφή, η δυναμική ενέργεια των φορέων μειώνεται, τότε η κινητική τους ενέργεια αυξάνεται και τα ηλεκτρόνια, που συγκρούονται με ιόντα πλέγματος, αυξάνουν την ενέργειά τους σε μια μέση τιμή, ενώ η θερμότητα Peltier απορροφάται. Έτσι, όταν τα ηλεκτρόνια περνούν από μια επαφή, τα ηλεκτρόνια είτε μεταφέρουν την περίσσεια ενέργειας στα άτομα είτε την αναπληρώνουν εις βάρος τους.
Κατά τη μετάβαση των ηλεκτρονίων από έναν ημιαγωγό σε ένα μέταλλο, η ενέργεια των ηλεκτρονίων αγωγής του ημιαγωγού είναι σημαντικά υψηλότερη από το επίπεδο Fermi (βλ. ενέργεια Fermi (εκ. FERMI ENERGY)) μέταλλο και τα ηλεκτρόνια εγκαταλείπουν την περίσσεια ενέργειά τους. Το φαινόμενο Peltier είναι ιδιαίτερα ισχυρό στους ημιαγωγούς, το οποίο χρησιμοποιείται για τη δημιουργία συσκευών ημιαγωγών ψύξης και θέρμανσης, συμπεριλαμβανομένης της δημιουργίας μικροψυγείων σε μονάδες ψύξης.

εγκυκλοπαιδικό λεξικό. 2009 .

Δείτε τι είναι το «φαινόμενο Peltier» σε άλλα λεξικά:

Η απελευθέρωση ή απορρόφηση θερμότητας κατά τη διέλευση του ηλεκτρισμού. τρέχον Ι μέσω της επαφής δύο διαφορετικών. αγωγοί. Η απελευθέρωση θερμότητας αντικαθίσταται από την απορρόφηση όταν αλλάζει η φορά του ρεύματος. Γαλλικά άνοιξε ο φυσικός J. Peltier το 1834. Η ποσότητα της θερμότητας... ... Φυσική εγκυκλοπαίδεια

Το φαινόμενο Peltier είναι η διαδικασία απελευθέρωσης ή απορρόφησης θερμότητας όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από την επαφή δύο ανόμοιων αγωγών. Η ποσότητα της θερμότητας που παράγεται και το πρόσημο της εξαρτώνται από τον τύπο των ουσιών που έρχονται σε επαφή, την τρέχουσα ισχύ και τον χρόνο διέλευσης... ... Wikipedia

Η απελευθέρωση ή η απορρόφηση θερμότητας όταν το ρεύμα διέρχεται από μια επαφή (διασταύρωση) δύο διαφορετικών αγωγών. Η ποσότητα της θερμότητας είναι ανάλογη της ισχύος του ρεύματος. Χρησιμοποιείται σε ψυκτικές μονάδες. Άνοιξε το 1834 από τον J. Pelletier... Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό

Η απελευθέρωση ή η απορρόφηση θερμότητας όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από μια επαφή (διασταύρωση) δύο διαφορετικών αγωγών. Η απελευθέρωση θερμότητας αντικαθίσταται από την απορρόφηση όταν αλλάζει η φορά του ρεύματος. Ανακαλύφθηκε από τον J. Peltier το 1834. Το ποσό που διατέθηκε ή ... Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια

Το φαινόμενο Peltier είναι ένα θερμοηλεκτρικό φαινόμενο κατά το οποίο η θερμότητα απελευθερώνεται ή απορροφάται όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται στο σημείο επαφής (διασταύρωση) δύο ανόμοιων αγωγών. Η ποσότητα της θερμότητας που παράγεται και το πρόσημο της εξαρτώνται από τον τύπο ... Wikipedia