Peltier elementlari. Amaliyot va qo'llash. Qarama-qarshi ta'sir. Peltier elementi nima, uning tuzilishi, ishlash printsipi va amaliy qo'llanilishi Joule-Lenz issiqligi va Peltier issiqligi

PELTIER TA'SIRI

PELTIER TA'SIRI

Elektr tokining o'tishi paytida bo'shatish yoki isitish. ikki xil kontakt orqali joriy I. o'tkazgichlar. Issiqlikning chiqishi oqim yo'nalishi o'zgarganda yutilish bilan almashtiriladi. Fransuz tili ochildi fizik J. Peltier 1834-yilda. Issiqlik miqdori Qp=PI, bu erda P P - Peltier koeffitsienti, teng: P=TDa. Bu erda T abs. temp-pa, Da-farq termoelektrik. koeffitsienti o'tkazgichlar.

P. e. bilan izohlanadi, qarang. joriy tashuvchilar ularning energiyasiga bog'liq. spektri, kontsentratsiyasi va ularning tarqalish mexanizmlari va shuning uchun turli o'tkazgichlarda farqlanadi. Bir o'tkazgichdan ikkinchisiga o'tishda elektronlar ortiqcha energiyani atomlarga o'tkazadi yoki ularning hisobidan energiya etishmasligini to'ldiradi. Birinchi holda, Peltier kontakt yaqinida chiqariladi, ikkinchisida esa Peltier so'riladi. Elektronlarning yarim o'tkazgichdan metallga o'tishida PP ning o'tkazuvchanlik elektronlarining energiyasi metallning Fermi darajasidan sezilarli darajada yuqori bo'ladi va elektronlar ortiqcha energiyasidan voz kechadi. Oqim teskari yo'nalishda yo'naltirilganda, faqat energiyasi PP ning o'tkazuvchanlik zonasining pastki qismidan yuqori bo'lgan elektronlar metalldan PPga o'tishi mumkin. Kristallarning termal tebranishlari tufayli metalldagi issiqlik muvozanati buziladi va tiklanadi. panjaralar. Bunday holda, Peltier issiqligi so'riladi. Ikkita PP yoki ikkita metalning aloqasida Peltier issiqligi ham ajralib chiqadi (yoki so'riladi), chunki qarang. Kontaktning har ikki tomonidagi zaryad tashuvchilarning energiyasi har xil.

P. e. sovutish moslamalarida va ba'zi elektron qurilmalarda sovutish uchun ishlatiladi.

Jismoniy ensiklopedik lug'at. - M.: Sovet Entsiklopediyasi. . 1983 .

PELTIER TA'SIRI

Elektr yo'nalishiga qarab ikkita bir-biriga o'xshash bo'lmagan o'tkazgichlarning aloqasida issiqlikning chiqishi yoki yutilishi. kontakt orqali oqadigan oqim. 1834 yilda J. Peltier tomonidan kashf etilgan. Issiqlik chiqarish quvvati Q= P 12 j, Qayerda j- oqim zichligi, P 12 = P 1 - P 2 (P 1, P 2 - bu materiallarning xarakteristikalari bo'lgan aloqa materiallarining mutlaq Peltier koeffitsienti). P. e.ning sababi. bu qarang. elektr o'tkazuvchanligi, parchalanishda ishtirok etadigan zaryad tashuvchilarning energiyasi (elektronlarning aniqligi uchun). o'tkazgichlar har xil, chunki bu ularning energiyasiga bog'liq. spektr, konsentratsiya va tarqalish mexanizmi (qarang. Zaryad tashuvchining tarqalishi). Bir o'tkazgichdan ikkinchisiga o'tishda elektronlar ortiqcha energiyani panjaraga o'tkazadi yoki uning hisobidan energiya etishmasligini to'ldiradi (oqim yo'nalishiga qarab). Birinchi holda, kontaktning yonida u chiqariladi, ikkinchisida esa so'riladi. Peltier issiqligi. Masalan, yarimo'tkazgich-metall kontaktida (rasm), dan o'tadigan elektronlarning energiyasi yarimo'tkazgich n-metalldagi turi (chap kontakt), Fermi energiyasidan sezilarli darajada oshadi, shuning uchun ular metallda sinadi. To'qnashuvlar natijasida muvozanat tiklanadi, bunda elektronlar termiklanadi va kristallga ortiqcha energiya beradi. panjara. Metall yarimo'tkazgichga faqat eng baquvvat elektronlar o'tishi mumkin (to'g'ri kontakt), buning natijasida metalldagi elektron gaz sovutiladi. Muvozanat taqsimotini tiklash uchun panjara tebranishlarining energiyasi sarflanadi.

Yarimo'tkazgichli kontaktlarga Peltier ta'siri n- turi - metall; - fermi darajasi - yarim o'tkazgichning o'tkazuvchanlik zonasining pastki qismi: - valentlik zonasining yuqori qismi.

Ikki yarim o'tkazgich yoki ikkita metalning aloqasida Peltier issiqligi ham ajralib chiqadi (yoki so'riladi), chunki qarang. kontaktning har ikki tomonida oqimda ishtirok etuvchi zaryad tashuvchilarning energiyasi boshqacha.
Abs uchun ifoda. koeffitsienti Peltier P (zaryad tashuvchilar - elektronlar) shaklga ega

Qayerda . - kinetik energiya va elektronlar, f 1 - elektron taqsimot funktsiyasining muvozanatsiz qismi, - shtatlarning zichligi.(1) dan ko'rinib turibdiki, koeffitsient. P o'rtacha og'ishni ifodalaydi. birlik zaryadiga Fermi energiyasidan oqimdagi tashuvchilarning energiyasi. P ni aniqlash uchun funktsiyani bilish va topish, ya'ni kinetikani yechish kerak. Daraja. Parabolik holatda elektron o'tkazuvchanlikning dispersiya qonuni ( p) (p- kvazi-momentum) va o'rtacha erkin yo'lning quvvatga bog'liqligi . yarimo'tkazgich koeffitsientida degeneratsiya bo'lmaganda energiya bo'yicha. P tomonidan aniqlanadi

Bu erda tarqalish parametri, T - abs. temp-pa (qarang Zaryad tashuvchining tarqalishi o'tkazuvchanlik zonasining pastki qismidan o'lchangan qattiq holatda).
(2) dan ko'rinib turibdiki, eP lekin abs. qiymati o'nlab darajaga yetishi mumkin kT. Degeneratsiyalangan o'tkazgichda elektron kontsentratsiyasining ortishi yoki kamayishi bilan T bilan P qiymati kamayadi

Koef. Peltier koeffitsient bilan bog'liq. termoenergetika t. P= T.

Bu natijalarni baholash uchun mikroskopik natijalardan foydalanish imkonini beradi. Coef uchun nazariyalar. Muhim texnologiya bo'lgan Peltier. Materiallarning xarakteristikalari, qoida tariqasida, o'lchanmaydi, lekin ularni oddiyroq o'lchash yo'li bilan hisoblanadi.
P. e. termoelektrda ishlatiladi muzlatgichlar va termostatlar, shuningdek, elektr tokini o'tkazishda suyuqlik va qattiq fazalar chegarasida issiqlikning chiqishi yoki yutilishi tufayli kristallanish jarayonini nazorat qilish. joriy

Lit.: Anselm A.I., Yarimo'tkazgichlar nazariyasiga kirish, 2-nashr, M., 1978; Askerov B. M., Yarimo'tkazgichlarda elektron uzatish hodisalari, M., 1985; Seeger K., yarimo'tkazgichlar fizikasi, 3. M. Dashevskiy.

Jismoniy ensiklopediya. 5 jildda. - M.: Sovet Entsiklopediyasi. Bosh muharrir A. M. Proxorov. 1988 .

Boshqa lug'atlarda "PELTIER EFFECT" nima ekanligini ko'ring:

Ikki xil o'tkazgichning kontaktidan (birikmasidan) oqim o'tganda issiqlikning chiqishi yoki yutilishi. Issiqlik miqdori joriy quvvatga mutanosibdir. Sovutgich qurilmalarida ishlatiladi. 1834 yilda J. Peltier tomonidan ochilgan. * * * PELTIER TA'SIRI PELTIER TA'SIRI ... ensiklopedik lug'at

Peltier effekti - bu ikki xil o'tkazgichning kontaktidan elektr toki o'tganda issiqlikni chiqarish yoki yutish jarayoni. Yaratilgan issiqlik miqdori va uning belgisi aloqa qiluvchi moddalar turiga, oqim kuchiga va o'tish vaqtiga bog'liq... ... Vikipediya

Ikki xil o'tkazgichning kontaktidan (birikmasidan) oqim o'tganda issiqlikning chiqishi yoki yutilishi. Issiqlik miqdori joriy quvvatga mutanosibdir. Sovutgich qurilmalarida ishlatiladi. 1834 yilda J. Pelletier tomonidan ochilgan... Katta ensiklopedik lug'at

Elektr toki ikki xil o'tkazgichning kontaktidan (birikmasidan) o'tganda issiqlikning chiqishi yoki yutilishi. Issiqlikning chiqishi oqim yo'nalishi o'zgarganda yutilish bilan almashtiriladi. 1834 yilda J. Peltier tomonidan kashf etilgan. Ajratilgan miqdor yoki ...

Peltier effekti - bu termoelektrik hodisa bo'lib, ikki o'xshash bo'lmagan o'tkazgichning aloqa (tushish) nuqtasida elektr toki o'tganda issiqlik ajralib chiqadi yoki so'riladi. Ishlab chiqarilgan issiqlik miqdori va uning belgisi turiga bog'liq ... Vikipediya

Seebek effekti - EMF ning ketma-ket ulangan o'xshash bo'lmagan o'tkazgichlardan tashkil topgan yopiq elektr zanjirida paydo bo'lishi, ular orasidagi kontaktlar turli haroratlarda. Seebek effekti ba'zan ... ... Vikipediya deb ham ataladi

Peltier Jan Charlz Atanaz (22.2.1785, Am, Somme, ‒ 27.10.1845, Parij), fransuz fizigi va meteorologi. U A.L.Breguetda soatsoz bo‘lib ishlagan. Meros olgan (1815), u o'zini fanga bag'ishladi. Termoelektrga oid ilmiy ishlar ... ... Buyuk Sovet Entsiklopediyasi

Tomson effekti termoelektrik hodisalardan biri bo'lib, u to'g'ridan-to'g'ri oqim bilan bir hil notekis isitiladigan o'tkazgichda Joul Lenz qonuniga muvofiq chiqarilgan issiqlikdan tashqari, hajmda ... ... Vikipediya

Jan Charlz Peltier fr. Jan Charlz Peltier Jan Peltier Tug'ilgan sana ... Vikipediya

Termoelektrik hodisalar ... Vikipediya

Peltier moduli 4 xil sxemada ishlatilishi mumkin: isitish elementi sifatida (inkubatorlarda...), sovutish elementi sifatida (muzlatgichlarda...), elektr energiyasini ishlab chiqarishda (generator...), shuningdek, Peltier yordamida element siz suv hosil qilishingiz mumkin. Bu mening maqolam haqida bo'ladi.

Peltier elementi termoelektrik konvertor bo'lib, uning ishlash printsipi Peltier effektiga asoslangan - elektr toki o'tganda harorat farqining paydo bo'lishi. Ingliz tilidagi adabiyotlarda Peltier elementlari TEC deb nomlanadi (inglizcha Thermoelectric Cooler - termoelektrik sovutgichdan).

Peltier effektining qarama-qarshi ta'siri Seebek effekti deb ataladi.

Ishlash printsipi

Peltier elementlarining ishlashi o'tkazuvchanlik zonasida turli xil elektron energiya darajalariga ega bo'lgan ikkita Supero'tkazuvchilar materialning aloqasiga asoslangan. Bunday materiallarning kontaktidan oqim o'tganda, elektron boshqa yarimo'tkazgichning yuqori energiya o'tkazuvchanlik zonasiga o'tish uchun energiya olishi kerak. Bu energiya so'rilganda yarimo'tkazgichlar orasidagi aloqa nuqtasi soviydi. Oqim teskari yo'nalishda oqganda, odatdagi termal effektga qo'shimcha ravishda, yarimo'tkazgichlar orasidagi aloqa nuqtasi qiziydi.

Metallar bilan aloqa qilganda, Peltier effekti juda kichik bo'lib, ohmik isitish va issiqlik o'tkazuvchanlik hodisalari fonida sezilmaydi. Shuning uchun amaliy dasturlarda ikkita yarim o'tkazgich o'rtasidagi aloqa ishlatiladi.

Peltier elementi bir yoki bir necha juft kichik yarim o'tkazgichli parallelepipedlardan iborat - bir juft n-tip va bitta p-tipi (odatda vismut tellurid, Bi2Te3 va kremniy germanid), ular metall ko'priklar yordamida juft bo'lib bog'langan. Metall o'tish moslamalari bir vaqtning o'zida termal kontaktlar bo'lib xizmat qiladi va o'tkazuvchan bo'lmagan plyonka yoki keramik plastinka bilan izolyatsiyalanadi. Juft parallelepipedlar shunday bog‘langanki, o‘tkazuvchanlik ko‘rsatkichlari har xil bo‘lgan ko‘plab yarimo‘tkazgich juftlarining ketma-ket ulanishi hosil bo‘ladi, shuning uchun tepada bitta ulanish ketma-ketligi (n->p), pastki qismida esa qarama-qarshi ( p->n). Elektr toki barcha parallelepipedlar orqali ketma-ket oqadi. Oqim yo'nalishiga qarab, yuqori kontaktlar sovutiladi va pastki qismi isitiladi - yoki aksincha. Shunday qilib, elektr toki issiqlikni Peltier elementining bir tomonidan qarama-qarshi tomonga o'tkazadi va harorat farqini hosil qiladi.

Agar siz Peltier elementining isitish tomonini sovutsangiz, masalan, radiator va fan yordamida, sovuq tomonning harorati yanada past bo'ladi. Bir bosqichli elementlarda, element turiga va oqim qiymatiga qarab, harorat farqi taxminan 70 ° C ga yetishi mumkin.

Afzalliklari va kamchiliklari

Peltier elementining afzalligi uning kichik o'lchamlari, har qanday harakatlanuvchi qismlar, shuningdek, gazlar va suyuqliklarning yo'qligi. Oqim yo'nalishini teskari o'zgartirish orqali sovutish ham, isitish ham mumkin - bu termostat haroratidan yuqori va past haroratlarda termostatni o'rnatishga imkon beradi. Yana bir afzallik - mexanik qismlarning yo'qligi va shovqinning yo'qligi.

Peltier elementining kamchiliklari freondan foydalanadigan kompressorli sovutish moslamalariga qaraganda past samaradorlikdir, bu sezilarli harorat farqiga erishish uchun yuqori quvvat sarfiga olib keladi. Shunga qaramay, issiqlik samaradorligini oshirish bo'yicha ishlanmalar olib borilmoqda va Peltier elementlari texnologiyada keng qo'llanilishini topdi, chunki 0 ° C dan past haroratlarga qo'shimcha qurilmalarsiz erishish mumkin.

Yuqori samaradorlikka ega Peltier elementlarini qurishda asosiy muammo shundaki, moddadagi erkin elektronlar bir vaqtning o'zida ham elektr tokini, ham issiqlikni tashuvchilardir. Peltier elementi uchun material bir vaqtning o'zida ikkita o'zaro xos xususiyatga ega bo'lishi kerak - u elektr tokini yaxshi o'tkazadi, lekin issiqlikni yomon o'tkazadi.

Peltier batareyalarida nazariy jihatdan juda katta harorat farqiga erishish mumkin, 70 darajadan yuqori, shuning uchun impulsli haroratni nazorat qilish usulini qo'llash yaxshiroqdir, buning natijasida energiya sarfi ham kamayishi mumkin. Bunday holda, Peltier elementining xizmat qilish muddatini uzaytirish uchun oqim to'lqinlarini tekislash maqsadga muvofiqdir.

Termoelektrik modulni qo'llash: suv sovutgichlarida, kompyuterlar uchun sovutish tizimlari yoki turli xil kichik o'lchamli qurilmalarning mikrosxemalarida, elektr issiqlik generatorlarida, video kartalarni sovutish, shimoliy yoki janubiy ko'priklar, avtomobil muzlatgichlari, havo sovutgichlari, Arduino, CCD matritsalari va infraqizil fotodetektorlarni sovutish uchun, elektr issiqlik generatorlari, termostatlarda, ilmiy laboratoriya asboblarida, termal kalibratorlarda, issiqlik stabilizatorlarida. Umuman olganda, 60 darajadan ortiq harorat farqiga erishish talab qilinadigan joylarda.

Peltier plitasining o'lchamlari va iste'mol xususiyatlari

Peltier plitalarining o'lchamlari va iste'mol xususiyatlari (quvvat iste'moli, kuchlanish, oqim, maksimal harorat farqi). Ushbu termoelektr generatorlarining belgilari turli saytlarda farq qilishi mumkin, barchasi ishlab chiqaruvchiga bog'liq (masalan: TEG1-241-1.4-1.2; CP1.4-127-06L mahalliy; TB-127-1.4-1.5 Frost-72 SP1848-27145 Seebeck termogeneratori TEP1-142T300); Xususiyatlari, o'z navbatida, unchalik farq qilmaydi, lekin ba'zi ko'rsatkichlar sezilarli darajada farq qilmaydi.

Qmax	Umax	Imax	dTmax	Olchamlari, (mm)
(V)	(IN)	(A)	(do'l)	A	B	H
36,0	16,1	3,6	71	30,0	30,0	3,6
36,0	16,1	3,6	71	40,0	40,0	3,6
62,0	16,3	6,2	72	40,0	40,0	3,9
65,0	16,7	6,3	74	40,0	40,0	3,9
80,0	16,1	8,0	71	40,0	40,0	3,4
80,0	16,1	8,0	71	48,0	48,0	3,4
94,0	24,9	6,1	70	40,0	40,0	3,9
115,0	24,6	7,6	69	40,0	40,0	3,6
120,0	24,6	7,9	69	40,0	40,0	3,4
131,0	24,6	8,6	69	40,0	40,0	3,3
172,0	24,6	11,3	69	40,0	40,0	3,2
156,0	15,7	16,1	70	48,0	48,0	3,4
223,0	15,5	23,4	68	55,0	59,0	3,3
310,0	24,6	20,6	69	62,0	62,0	3,2

DIY USB muzlatgichi (Peltier moduli)

Bizning mini-muzlatgichimizni qurish uchun biz Peltier elementini (u nima ekanligini va qanday ishlashini quyida o'qishingiz mumkin) va ikkita radiatorni topishimiz yoki sotib olishimiz kerak.

Bu juda Peltier elementi, men uni buzilgan kompyuterdan yirtib tashladim, u protsessor va sovutgich o'rtasida turdi. Men undan eski termal pastani tozaladim. Xulosa qilib aytganda, bu Peltier elementi, unga doimiy to'g'ridan-to'g'ri etkazib berilganda, quyidagicha ishlay boshlaydi: uning bir tomoni qizib keta boshlaydi, ikkinchisi esa quvvat manbai, tomonlarning polaritesini o'zgartirsangiz; element teskari yo'l tutadi!

Keyinchalik, keraksiz kuchaytirgichdan ikkita katta radiator oldim. Keyin men elementni radio do'konida sotib olgan yangi termal pasta bilan yog'ladim va Peltier elementini radiatorlar orasiga mahkamladim. Bu holda termal pastadan foydalanish majburiydir!
Men simlarni USB kabelidan elementga uladim va uni kompyuterga uladim - bitta radiator qiziy boshladi, ikkinchisi esa soviy boshladi! Shunday qilib, hamma narsa tartibda!

Sovutgichni bir-biriga yopishtirish uchun ishlatiladigan material siqilgan ko'pik yoki gözenekli plastmassaga o'xshaydi. Umuman olganda, material har qanday bo'lishi mumkin, uning asosiy sifati issiqlik izolatsiyasidir.
Shisha organik va juda mo'rt ko'rinadi, lekin aslida material bardoshli.
Yelim - super elim.

Keyin qulaylik uchun magnit qisqich yasadim.
Yaxshi chiqdi - u erga bir shisha mineral suv bemalol sig'ardi.

Generator - Peltier elementi yordamida elektr energiyasini ishlab chiqarish

Ushbu generatorning afzalliklari:

- Yoqilg'i - bu yonadigan yoki isitadigan har qanday narsa.
— USB chiqishi 5 volt, 500mA.
— Quyosh, shamol va hokazolarga bog'liq emas.
- Abadiy davom etishi mumkin bo'lgan oddiy va kuchli dizayn.
— Telefoningiz quvvatlanayotganda siz unda ovqat pishirishingiz mumkin.
- Ko'p qirrali.
— Har kim uni uyda 1 kechada yig'ishi mumkin (hatto AvtoVAZ xodimi ham =)).
- Arzon dizayn.

Men buni ixtiro qilmadim, mendan ko'ra yaxshiroq bo'lgan tijorat nusxalari bor. Misol uchun, BioLite CampStove, uning narxi 7900 rubl. Mening nusxam ushbu maqolani yozish va keyingi tajribalar uchun shoshilinch ravishda yaratilgan.

Asos - Peltier elementi. Bu suv sovutgichlari va portativ muzlatgichlarda ishlatiladigan termoelektrik modul bo'lib, u protsessorni sovutish uchun ham ishlatiladi. Unga kuchlanish qo'llanilganda, bir tomoni soviydi, ikkinchisi esa qiziydi. Aksincha, elektr energiyasi ishlab chiqarish uchun bir tomonni qizdiramiz.

Asosiy printsip shundaki, bir tomon qiziydi, ikkinchisi esa o'zgarishsiz qoladi, maksimal samaradorlik uchun 100 daraja Selsiy harorat farqi kerak.

Qani boshladik!


Bizga kerak bo'ladi:
- Peltier elementi, men TEC1-12710 dan foydalandim
- Kompyuterdan keraksiz quvvat manbai
Har qanday odam, hatto yonib ketgan va tanadan boshqa hamma narsa yonib ketgan
- kuchlanish regulyatori
DC-DC kuchaytirish moduli, kirish voltaji 1-5 volt, chiqish har doim 5V.
- Radiator (qanchalik katta bo'lsa, yaxshiroq), 5V sovutgich bilan yaxshi, chunki Radiator asta-sekin qiziydi. Qishda bu muammo emas, chunki siz radiatorni muz ustiga qo'yishingiz mumkin.
- Termal pasta
- asboblar to'plami

TEC1-12710 moduli, 10 A (kamroq yoki undan ko'p) deb baholangan. Ammo kuchliroq bo'lganlar kattaroq bo'ladi. Oqim qanchalik yuqori bo'lsa, u qanchalik samarali va qimmatroq bo'ladi. Men uni Aliexpress-dan taxminan 250 rublga sotib oldim. Bizning elektronika do'konlarida bu taxminan 1500 rublni tashkil qiladi.

Modul 12V maksimal kuchlanish uchun mo'ljallangan, lekin biz uni teskari yo'nalishda ishlatganda past samaradorlik tufayli u qadar ko'p chiqmaydi, ya'ni. tokni qabul qilish.

Barqaror 5 volt bo'lishi va qurilmalar xavfsiz zaryadlanishi uchun sizga kuchaytiruvchi stabilizator kerak bo'ladi. Peltier elementida hali atigi 1 volt mavjud bo'lganda, u 5 volt ishlab chiqarishni boshlaydi, siz moduldagi yonib turgan LED orqali hamma narsa zaryadlashga tayyorligini bilishingiz mumkin.


Siz o'zingizni yig'ishingiz mumkin, lekin men xitoylarga ishonishga qaror qildim, ular 80 rubl uchun USB chiqishi bilan tayyor modulni taklif qilishadi. xuddi shu saytda.

Keling, elektr ta'minotini olib tashlaymiz. Havoning yaxshi aylanishi uchun qo'shimcha teshiklar qilishim kerak edi (elektr ta'minoti juda eski edi).

Asosiy printsip shundaki, havo pastdan so'riladi va yuqoridan chiqadi. Oddiy qilib aytganda, siz oddiy pechka qilishingiz kerak. Agar kerak bo'lsa, yog'och chiplarini tashlash uchun teshik va qaynoq suv uchun qozon yoki krujka uchun stend bilan ta'minlashni unutmang.


Keyinchalik, issiqlik pastasini bir tekis qo'llaganingizdan so'ng, Peltier modulini radiator bilan tekis devorga ulashingiz kerak. Kontakt qanchalik qattiq bo'lsa, shuncha yaxshi bo'ladi. Model yozilgan tomon sovuq, biz radiatorni aynan shu tomonga qo'llaymiz. Agar siz aralashtirsangiz, bu holda modul kuchlanishni chiqarmaydi, faqat simlarni almashtirishingiz kerak;


Biz kuchaytiruvchi konvertorni lehimlaymiz va uni qaerga yashirishni topamiz. Siz odatda simlarga osilgan holda qoldirishingiz mumkin, lekin siz uni albatta izolyatsiya qilishingiz kerak, masalan, issiqlik qisqarishini qo'ying.

Keling, hamma narsani birlashtiraylik. Buni olishingiz kerak:

U qanday ishlaydi?

Biz shoxlarni, yog'och chiplarini, umuman olganda, ichkarida yonib turgan hamma narsani tashlaymiz. Keyin biz uni yoqamiz. Yong'in pechning devorlarini va bu devorlardan birida joylashgan Peltier elementini isitadi. Radiatorda joylashgan elementning boshqa tomoni tashqi haroratda qoladi. Harorat farqi qanchalik katta bo'lsa, kuch shunchalik katta bo'ladi, lekin uni haddan tashqari oshirmang.

Maksimal samaradorlikka allaqachon 100 daraja farq bilan erishiladi. Vaqt o'tishi bilan radiator isitila boshlaydi va sovutish kerak bo'ladi. Siz qorni tashlashingiz, ustiga suv quyishingiz, radiatorni muz yoki suvga qo'yishingiz yoki ustiga bir stakan sovuq suv qo'yishingiz mumkin. Ko'p variantlar mavjud, eng oddiyi sovutgich, u quvvatning bir qismini oladi, lekin sovutish tufayli umumiy natija o'zgarmaydi.


Elementni yuqori haroratga ta'sir qilmang, u yonib ketishi va yonib ketishi mumkin. Hujjatlar 180 ° C maksimal haroratni ko'rsatadi, lekin juda ko'p tashvishlanishga hojat yo'q, yaxshi sovutish va oddiy o'tin bilan unga hech narsa bo'lmaydi.

Agar siz dangasa bo'lmasangiz va hamma narsani to'g'ri qilsangiz, siz shunday oddiy yog'ochni maydalagichga ega bo'lasiz, unda siz bir vaqtning o'zida ovqatni isitish, qaynatish, suv quyish va gadjetlaringizni zaryad qilishingiz mumkin.

Ichkariga sham qo'yib, elektr uzilishi bo'lsa, uyda foydalanish mumkin. Aytgancha, agar siz unga LEDlarni ulasangiz, yorug'lik shamning o'zidan ko'ra ancha yorqinroq bo'ladi.

Yonayotgan narsalarni topishingiz mumkin bo'lgan har qanday joyda siz elektr energiyasiga, issiqlikka ega bo'lasiz va yong'inga nisbatan kamroq yoqilg'i sarflab, ovqatni qulay pishirish imkoniyatiga ega bo'lasiz.

Birinchi sinovlar!

Ishdan keyin o'rmonga bordim, quyosh deyarli botdi, cho'tka nam edi, lekin pechka 100% to'ladi.

Natija barcha kutganlarimdan oshib ketdi. Yog'och chiplari yonib ketgandan so'ng darhol indikator yondi, men telefonni uladim va u zaryadlana boshladi. Zaryadlash barqaror edi.

Konvertor umuman siqilmadi. Men o'zim bilan noutbukim uchun sovutgichni ham oldim, unda 2 ta sovutgich va LED bor, u munosib miqdorni iste'mol qilishi kerak. Men uni bog'ladim, hamma narsa aylanmoqda, porlayapti, shabada esmoqda. Men ham USB ventilyatorni olib, oxirida faqat ko'mir qolganda uni uladim. Hammasi ajoyib aylanmoqda, men yana nimani sinab ko'rishni ham bilmayman.

Natija:

Har bir narsa ajoyib ishlaydi, u o'zining jinsini Amperni beradi. Shunga qaramay, sizga sovutgich kerak, chunki... yarim soat ichida radiator taxminan 40 darajaga qadar isitiladi, yozda u yanada ko'proq bo'ladi. O'zingizga aylanishga ruxsat bering.

Olov yuqoriga o'q uzadi, shaxsan menga bunday olov kerak emas, men ba'zi teshiklarni yopaman, shunda u sekinroq yonadi.

Men hamma narsani yangi qilaman, men qalay qutilaridan yasalgan standart yog'ochni maydalagichni asos qilib olaman, lekin uni qalinroq metalldan va to'rtburchaklar shakldan qilaman. Men mos shakldagi sovutgichli yaxshi radiator sotib olaman va uni tashishda kamroq joy egallashi uchun yig'iladigan versiyani qilishga harakat qilaman.

Peltier moduli yordamida ichimlik suvi ishlab chiqarish

1834-yilda J.Peltier tomonidan kashf etilgan boʻlib, u ikki xil oʻtkazgichning tutashgan joyidan tok oʻtganda tutashuv harorati oʻzgarishini aniqlagan. 1838 yilda E. X. Lenz yetarlicha kuchli oqim bilan oqim yoʻnalishini oʻzgartirib, tutashuvga qoʻyilgan bir tomchi suvni muzlatish yoki qaynatish mumkinligini koʻrsatdi.

Peltier effektining mohiyati shundan iboratki, elektr toki ikkita metall yoki yarimo'tkazgichning kontakt joyidan o'tganda, odatdagi Joul issiqligidan tashqari, Peltier deb ataladigan qo'shimcha issiqlik miqdori chiqariladi yoki so'riladi. issiqlik Q p. Joule issiqligidan farqli o'laroq, oqimning kvadratiga mutanosib, kattaligi Q p oqimning birinchi kuchiga mutanosib.

Q p = P. I. t.

t- joriy o'tish vaqti,

I- joriy quvvat.

P- Peltier koeffitsienti, kontaktni tashkil etuvchi materiallarning tabiatiga bog'liq bo'lgan mutanosiblik koeffitsienti. Nazariy tushunchalar Peltier koeffitsientini o'tkazuvchanlik elektronlarining mikroskopik xarakteristikalari orqali ifodalash imkonini beradi.

Peltier koeffitsienti P = T D a, Qayerda T- mutlaq harorat va Δ α - o'tkazgichlarning termoelektrik koeffitsientlaridagi farq. Oqim yo'nalishi Peltier issiqligining chiqarilishi yoki so'rilishini aniqlaydi.

Ta'sirning sababi shundaki, metallar yoki yarim o'tkazgichlar o'rtasidagi aloqada chegarada ichki kontakt potentsial farqi paydo bo'ladi. Bu kontaktning har ikki tomonidagi tashuvchilarning potentsial energiyasi har xil bo'lishiga olib keladi, chunki oqim tashuvchilarning o'rtacha energiyasi ularning energiya spektriga, kontsentratsiyasiga va tarqalish mexanizmlariga bog'liq va turli o'tkazgichlarda har xil bo'ladi. Tok o'tkazishda ishtirok etuvchi elektronlarning o'rtacha energiyasi turli o'tkazgichlarda har xil bo'lganligi sababli, panjara ionlari bilan to'qnashuv jarayonida tashuvchilar ortiqcha kinetik energiyani panjaraga beradi va issiqlik ajralib chiqadi. Agar kontaktdan o'tayotganda tashuvchilarning potentsial energiyasi pasaysa, ularning kinetik energiyasi ortadi va elektronlar panjara ionlari bilan to'qnashib, ularning energiyasini o'rtacha qiymatga oshiradi, Peltier issiqligi so'riladi. Shunday qilib, elektronlar kontaktdan o'tganda, elektronlar ortiqcha energiyani atomlarga o'tkazadi yoki ularni ularning hisobidan to'ldiradi.

Elektronlarning yarim o'tkazgichdan metallga o'tishida yarim o'tkazgichning o'tkazuvchan elektronlarining energiyasi metallning Fermi darajasidan (qarang Fermi energiyasi) sezilarli darajada yuqori bo'ladi va elektronlar ortiqcha energiyasidan voz kechadi. Peltier effekti, ayniqsa, yarimo'tkazgichlarda kuchli bo'lib, ular sovutish va isitish yarimo'tkazgichli qurilmalarni yaratishda, jumladan, sovutish moslamalarida mikromuzlatkichlarni yaratishda qo'llaniladi.

Sovutgich uskunalari bizning hayotimizga shu qadar mustahkam o'rnashganki, ularsiz qanday boshqarishimizni tasavvur qilish qiyin. Lekin klassik sovutgich dizaynlari mobil foydalanish uchun mos emas, masalan, sayohat sovutgich sumkasi sifatida.

Shu maqsadda ishlash printsipi Peltier effektiga asoslangan qurilmalar qo'llaniladi. Keling, ushbu hodisa haqida qisqacha gapiraylik.

Bu nima?

Bu atama 1834 yilda frantsuz tabiatshunosi Jan-Sharl Peltier tomonidan kashf etilgan termoelektrik hodisaga ishora qiladi. Ta'sirning mohiyati elektr toki o'tadigan o'xshash o'tkazgichlar aloqada bo'lgan hududda issiqlikni chiqarish yoki yutishdan iborat.

Klassik nazariyaga muvofiq, hodisaning quyidagi izohi mavjud: elektr toki turli materiallardan yasalgan o'tkazgichlardagi kontakt potentsial farqiga qarab, ularning harakatini tezlashtirishi yoki sekinlashtirishi mumkin bo'lgan metallar orasidagi elektronlarni o'tkazadi. Shunga ko'ra, kinetik energiyaning ortishi bilan u issiqlik energiyasiga aylanadi.

Ikkinchi o'tkazgichda fizikaning asosiy qonuniga muvofiq energiyani to'ldirishni talab qiladigan teskari jarayon kuzatiladi. Bu termal tebranish tufayli yuzaga keladi, bu esa ikkinchi o'tkazgich ishlab chiqarilgan metallning sovishini keltirib chiqaradi.

Zamonaviy texnologiyalar maksimal termoelektr ta'sirga ega yarimo'tkazgichli elementlar-modullarni ishlab chiqarish imkonini beradi. Ularning dizayni haqida qisqacha gapirish mantiqan.

Dizayn va ishlash printsipi

Zamonaviy modullar ikkita izolyatsion plastinadan (odatda keramika) tashkil topgan struktura bo'lib, ular orasida ketma-ket bog'langan termojuftlar joylashgan. Bunday elementning soddalashtirilgan diagrammasini quyidagi rasmda topish mumkin.

Belgilar:

• A - quvvat manbaiga ulanish uchun kontaktlar;
• B - elementning issiq yuzasi;
• C - sovuq tomon;
• D - mis o'tkazgichlar;
• E - p-o'tishga asoslangan yarim o'tkazgich;
• F - n-tipli yarim o'tkazgich.

Dizayn modulning har bir tomoni p-n yoki n-p o'tishlari bilan (qutbga qarab) aloqa qiladigan tarzda amalga oshiriladi. P-n kontaktlari isitiladi, n-p kontaktlari sovutiladi (3-rasmga qarang). Shunga ko'ra, elementning yon tomonlarida harorat farqi (DT) paydo bo'ladi. Kuzatuvchi uchun bu effekt modulning yon tomonlari o'rtasida issiqlik energiyasini uzatish kabi ko'rinadi. Shunisi e'tiborga loyiqki, quvvat polaritesini o'zgartirish issiq va sovuq yuzalarning o'zgarishiga olib keladi.

Guruch. 3. A – termoelementning issiq tomoni, B – sovuq tomoni

Texnik xususiyatlari

Termoelektrik modullarning xarakteristikalari quyidagi parametrlar bilan tavsiflanadi:

• sovutish quvvati (Q max), bu xususiyat maksimal ruxsat etilgan oqim va modulning tomonlari orasidagi harorat farqi asosida aniqlanadi, vattlarda o'lchanadi;
• elementning tomonlari orasidagi maksimal harorat farqi (DT max), parametr ideal sharoitlar uchun berilgan, o'lchov birligi daraja;
• maksimal harorat farqini ta'minlash uchun zarur bo'lgan ruxsat etilgan oqim - I max;
• tokning Imax uchun DTmax pik farqiga erishish uchun zarur bo'lgan maksimal kuchlanish Umax;
• modulning ichki qarshiligi - Qarshilik, Ohmda ko'rsatilgan;
• samaradorlik koeffitsienti - COP (ingliz tilidan qisqartma - ishlash koeffitsienti), aslida bu sovutishning quvvat sarfiga nisbatini ko'rsatadigan qurilmaning samaradorligi. Arzon elementlar uchun bu parametr 0,3-0,35 oralig'ida, qimmatroq modellar uchun u 0,5 ga yaqinlashadi.

Belgilash

Keling, 4-rasmdagi misoldan foydalanib, odatiy modul belgilari qanday shifrlanganligini ko'rib chiqaylik.

Shakl 4. Peltier moduli TEC1-12706 bilan belgilangan

Belgilanish uchta mazmunli guruhga bo'linadi:

1. Elementni belgilash. Birinchi ikkita harf har doim o'zgarmaydi (TE), bu termoelement ekanligini ko'rsatadi. Keyingisi o'lchamni bildiradi, "C" (standart) va "S" (kichik) harflari bo'lishi mumkin. Oxirgi raqam elementda qancha qatlam (kaskad) borligini ko'rsatadi.
2. Fotosuratda ko'rsatilgan moduldagi termojuftlar soni 127 ta.
3. Nominal oqim Amperda, biz uchun bu 6 A.

TEC1 seriyasining boshqa modellarining belgilari xuddi shu tarzda o'qiladi, masalan: 12703, 12705, 12710 va boshqalar.

Ilova

Juda past samaradorlikka qaramay, termoelektrik elementlar o'lchash, hisoblash va maishiy texnikada keng qo'llaniladi. Modullar quyidagi qurilmalarning muhim operatsion elementi hisoblanadi:

• mobil sovutish moslamalari;
• elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun kichik generatorlar;
• shaxsiy kompyuterlarda sovutish tizimlari;
• suvni sovutish va isitish uchun sovutgichlar;
• namlagichlar va boshqalar.

Keling, termoelektrik modullardan foydalanishning batafsil misollarini keltiramiz.

Peltier elementlaridan foydalangan holda muzlatgich

Termoelektrik sovutish moslamalari kompressor va assimilyatsiya analoglaridan sezilarli darajada past. Ammo ular sezilarli afzalliklarga ega, bu esa ularni muayyan sharoitlarda foydalanishni tavsiya qiladi. Ushbu afzalliklarga quyidagilar kiradi:

• dizaynning soddaligi;
• tebranish qarshiligi;
• harakatlanuvchi elementlarning yo'qligi (radiatorni puflaydigan fandan tashqari);
• past shovqin darajasi;
• kichik o'lchamlar;
• har qanday lavozimda ishlash qobiliyati;
• uzoq xizmat muddati;
• kam energiya iste'moli.

Bu xususiyatlar mobil qurilmalar uchun ideal.

Peltier elementi elektr generatori sifatida

Termoelektrik modullar, agar ularning bir tomoni majburiy isitishga duchor bo'lsa, elektr generatorlari sifatida ishlashi mumkin. Tomonlar orasidagi harorat farqi qanchalik katta bo'lsa, manba tomonidan ishlab chiqarilgan oqim shunchalik yuqori bo'ladi. Afsuski, termal generator uchun maksimal harorat cheklangan, u modulda ishlatiladigan lehimning erish nuqtasidan yuqori bo'lishi mumkin emas; Ushbu shartning buzilishi elementning ishdan chiqishiga olib keladi.

Issiqlik generatorlarini ommaviy ishlab chiqarish uchun refrakter lehimli maxsus modullar qo'llaniladi, ular 300 ° S haroratgacha qizdirilishi mumkin; Oddiy elementlarda, masalan, TEC1 12715, chegara 150 daraja.

Bunday qurilmalarning samaradorligi past bo'lganligi sababli, ular faqat elektr energiyasining yanada samarali manbasidan foydalanish mumkin bo'lmagan hollarda qo'llaniladi. Biroq, 5-10 Vt issiqlik generatorlari sayyohlar, geologlar va chekka hududlar aholisi orasida talabga ega. Yuqori haroratli yoqilg'i bilan ishlaydigan yirik va kuchli statsionar qurilmalar gaz taqsimlash bloklari, meteorologik stansiya uskunalari va boshqalarni quvvatlantirish uchun ishlatiladi.

Protsessorni sovutish uchun

Nisbatan yaqinda ushbu modullar shaxsiy kompyuterlarning CPU sovutish tizimlarida qo'llanila boshlandi. Termoelementlarning past samaradorligini hisobga olsak, bunday tuzilmalarning foydalari juda shubhali. Misol uchun, 100-170 Vt quvvatga ega issiqlik manbasini sovutish uchun (ko'pgina zamonaviy CPU modellariga mos keladi), siz 400-680 Vt sarflashingiz kerak bo'ladi, bu esa kuchli quvvat manbaini o'rnatishni talab qiladi.

Ikkinchi muammo shundaki, yuklanmagan protsessor kamroq issiqlik energiyasini chiqaradi va modul uni shudring nuqtasi ostida sovutishi mumkin. Natijada, kondensatsiya shakllana boshlaydi, bu elektronikaga zarar etkazishi kafolatlanadi.

Bunday tizimni mustaqil ravishda yaratishga qaror qilganlar, ma'lum bir protsessor modeli uchun modulning quvvatini tanlash uchun bir qator hisob-kitoblarni amalga oshirishlari kerak.

Yuqoridagilarga asoslanib, ushbu modullarni CPU sovutish tizimi sifatida ishlatish, qo'shimcha ravishda, ular kompyuter uskunasining ishdan chiqishiga olib kelishi mumkin;

Gibrid qurilmalarda vaziyat butunlay boshqacha, bu erda termal modullar suv yoki havo sovutish bilan birgalikda ishlatiladi.

Gibrid sovutish tizimlari o'zlarining samaradorligini isbotladilar, ammo yuqori narx ularning muxlislari doirasini cheklaydi.

Peltier elementlariga asoslangan konditsioner

Nazariy jihatdan, bunday qurilma klassik iqlim nazorati tizimlariga qaraganda tizimli ravishda ancha sodda bo'ladi, ammo bularning barchasi past ishlashga to'g'ri keladi. Sovutgichning kichik hajmini sovutish, xonani yoki avtomobilning ichki qismini sovutish uchun boshqa narsa. Termoelektrik modullardan foydalanadigan konditsionerlar sovutgichda ishlaydigan uskunaga qaraganda ko'proq (3-4 marta) elektr energiyasini iste'mol qiladi.

Avtomobilning iqlim nazorati tizimi sifatida foydalanishga kelsak, standart generatorning kuchi bunday qurilmani ishlatish uchun etarli bo'lmaydi. Uni yanada samarali uskunalar bilan almashtirish sezilarli darajada yoqilg'i sarfiga olib keladi, bu esa iqtisodiy jihatdan samarali emas.

Tematik forumlarda vaqti-vaqti bilan ushbu mavzu bo'yicha munozaralar bo'lib o'tadi va turli xil uy qurilishi dizaynlari ko'rib chiqiladi, ammo to'liq ishlaydigan prototip hali yaratilmagan (hamster uchun konditsionerni hisobga olmaganda). Qabul qilinadigan samaradorlikka ega modullar keng tarqalgan bo'lganda vaziyat o'zgarishi mumkin.

Sovutish suvi uchun

Termoelektrik element ko'pincha suv sovutgichlari uchun sovutish suvi sifatida ishlatiladi. Dizayn quyidagilarni o'z ichiga oladi: sovutish moduli, termostat bilan boshqariladigan kontroller va isitgich. Ushbu amalga oshirish kompressor sxemasidan ancha sodda va arzonroq, bundan tashqari, u yanada ishonchli va osonroq ishlaydi; Ammo ba'zi kamchiliklar ham mavjud:

• suv 10-12 ° S dan past sovib ketmaydi;
• sovutish kompressorli hamkasbiga qaraganda ko'proq vaqt talab etadi, shuning uchun bunday sovutgich ko'p sonli xodimlarga ega ofis uchun mos emas;
• qurilma tashqi haroratga sezgir, issiq xonada suv minimal haroratgacha sovib ketmaydi;
• Changli xonalarga o'rnatish tavsiya etilmaydi, chunki fan tiqilib qolishi va sovutish moduli ishlamay qolishi mumkin.

Peltier elementidan foydalangan holda stol usti suv sovutgichi

Peltier elementlariga asoslangan havo quritgichi

Konditsionerdan farqli o'laroq, termoelektrik elementlardan foydalangan holda namlagichni amalga oshirish juda mumkin. Dizayn juda oddiy va arzon. Sovutish moduli radiatorning haroratini shudring nuqtasidan pastga tushiradi, natijada qurilma orqali o'tadigan havo tarkibidagi namlik uning ustiga joylashadi. O'rnatilgan suv maxsus saqlash idishiga quyiladi.

Kam samaradorlikka qaramasdan, bu holda qurilmaning samaradorligi ancha qoniqarli.

Qanday ulanish kerak?

Modulni ulashda hech qanday muammo bo'lmaydi, uning qiymati elementning ma'lumotlar varag'ida ko'rsatilgan. Qizil simni musbatga, qora simni salbiyga ulash kerak. Diqqat! Polaritni teskari o'zgartirish sovutilgan va isitiladigan sirtlarning o'rnini o'zgartiradi.

Peltier elementining funksionalligini qanday tekshirish mumkin?

Eng oddiy va eng ishonchli usul - teginish. Modulni tegishli kuchlanish manbaiga ulash va uning turli tomonlariga teginish kerak. Ishlaydigan element uchun ulardan biri issiqroq, ikkinchisi sovuqroq bo'ladi.

Agar qo'lingizda mos manba bo'lmasa, sizga multimetr va zajigalka kerak bo'ladi. Tasdiqlash jarayoni juda oddiy:

1. problarni modul terminallariga ulang;
2. yonib turgan zajigalkani yon tomonlardan biriga olib keling;
3. Biz qurilmaning o'qishlarini kuzatamiz.

Ishchi modulda, tomonlardan biri qizdirilganda, qurilma displeyida ko'rsatiladigan elektr toki hosil bo'ladi.

O'z qo'lingiz bilan Peltier elementini qanday qilish kerak?

Uyda uy qurilishi modulini qilish deyarli mumkin emas, ayniqsa, ularning nisbatan past narxini (taxminan 4-10 dollar) hisobga olgan holda, buni qilishning ma'nosi yo'q. Ammo siz yurish uchun foydali bo'lgan qurilmani, masalan, termoelektr generatorini yig'ishingiz mumkin.

Kuchlanishni barqarorlashtirish uchun L6920 IC chipida oddiy konvertorni yig'ish kerak.

Bunday konvertorning kirish qismi 0,8-5,5 V oralig'ida kuchlanish bilan ta'minlanadi va chiqishda u barqaror 5 V ishlab chiqaradi, bu ko'pgina mobil qurilmalarni zaryad qilish uchun etarli. Agar an'anaviy Peltier elementi ishlatilsa, isitiladigan tomonning ish harorati oralig'ini 150 ° C gacha cheklash kerak. Kuzatish bilan bog'liq qiyinchiliklarga duch kelmaslik uchun, issiqlik manbai sifatida qaynoq suv idishidan foydalanish yaxshiroqdir. Bunday holda, element 100 ° C dan yuqori qizib ketmasligi kafolatlanadi.

Ikki o'xshash bo'lmagan yarimo'tkazgichlar yoki metall va yarim o'tkazgichlar aloqa qilganda issiqlikning chiqishi yoki yutilishi (oqim yo'nalishiga qarab)

Animatsiya

Tavsif

Peltier effekti termoelektrik hodisa bo‘lib, Zeebek effektiga qarama-qarshidir: elektr toki I ikki xil moddaning (o‘tkazgichlar yoki yarimo‘tkazgichlar) kontaktidan (tushishidan) o‘tganda, Joul issiqligidan tashqari qo‘shimcha Pelti issiqligi ham paydo bo‘ladi. Q P oqimning bir yo'nalishi bo'yicha chiqariladi va teskari yo'nalishda so'riladi.

Q P hosil bo'lgan issiqlik miqdori va uning belgisi aloqa qiluvchi moddalar turiga, oqim kuchiga va u o'tgan vaqtga bog'liq:

dQ P = p 12 H I H dt.

Bu erda p 12 = p 1 -p 2 - berilgan kontakt uchun Peltier koeffitsienti, aloqa qiluvchi materiallarning mutlaq Peltier koeffitsientlari p 1 va p 2 bilan bog'liq. Bunday holda, oqim birinchi namunadan ikkinchisiga o'tadi deb taxmin qilinadi. Peltier issiqligi chiqarilganda, bizda: Q P >0, p 12 >0, p 1 > p 2. Peltier issiqligi so'rilsa, u manfiy hisoblanadi va shunga mos ravishda: Q P<0,p 12 <0, p 1

Peltier issiqligi o'rniga, ko'pincha birlik maydonining kontaktida har soniyada chiqariladigan issiqlik energiyasi sifatida tavsiflangan jismoniy miqdor ishlatiladi. Issiqlik chiqarish quvvati deb ataladigan bu miqdor quyidagi formula bilan aniqlanadi:

q P = p 12 H j,

bu yerda j=I/S - tok zichligi;

S - aloqa maydoni;

bu miqdorning o'lchami SI = Vt / m2.

Termodinamika qonunlaridan kelib chiqadiki, Peltier koeffitsienti va issiqlik quvvati koeffitsienti a o'rtasidagi bog'liqlik:

p = aCh T,

bu erda T - mutlaq aloqa harorati.

Materiallarning muhim texnik tavsifi bo'lgan Peltier koeffitsienti, qoida tariqasida, o'lchanmaydi, lekin o'lchovi oddiyroq bo'lgan issiqlik quvvati koeffitsienti yordamida hisoblanadi.

Shaklda. 1 va rasm. 2-rasmda A va B kontaktlari bo'lgan ikki xil PP1 va PP2 yarimo'tkazgichlardan tashkil topgan yopiq sxema ko'rsatilgan.

Peltier issiqlik chiqishi (pin A)

Guruch. 1

Peltier issiqlik assimilyatsiya qilish (pin A)

Guruch. 2

Bunday sxema odatda termoelement deb ataladi va uning shoxlari termoelektrodlar deb ataladi. Tashqi manba tomonidan yaratilgan I oqim elektron orqali o'tadi. Guruch. 1 A kontaktida (PP1 dan PP2 ga oqim oqimlari) Peltier issiqligi Q P (A)>0 bo'lganida va B kontaktida (oqim PP2 dan PP1 ga yo'naltirilgan) uning yutilishi Q P (B) bo'lgan vaziyatni ko'rsatadi.<0 . В результате происходит изменение температур спаев: Т А >T V .

Shaklda. 2, manba belgisini o'zgartirish oqim yo'nalishini teskari tomonga o'zgartiradi: A kontaktida PP2 dan PP1 gacha va B kontaktida PP1 dan PP2 ga. Shunga ko'ra, Peltier issiqligining belgisi va aloqa harorati o'rtasidagi bog'liqlik o'zgaradi: Q P (A)<0, Q P (В)>0, T A<Т В .

Yarimo'tkazgichlarning bir xil turdagi tok tashuvchilari (ikkita n-tipli yarim o'tkazgich yoki ikkita p-tipli yarimo'tkazgich) bilan aloqa qilishda Peltier effektining paydo bo'lishining sababi ikkita metall o'tkazgichning aloqasi bilan bir xil. Birlashmaning turli tomonlaridagi oqim tashuvchilar (elektronlar yoki teshiklar) turli xil o'rtacha energiyaga ega bo'lib, ular ko'p sabablarga bog'liq: energiya spektri, konsentratsiya, zaryad tashuvchining tarqalish mexanizmi. Agar tashuvchilar tutashuvdan o'tib, kamroq energiyaga ega bo'lgan maydonga kirsa, ular ortiqcha energiyani kristall panjaraga o'tkazadilar, buning natijasida kontakt yaqinida Peltier issiqligi chiqariladi (Q P > 0) va aloqa harorati ortadi. Bunday holda, boshqa tutashgan joyda, yuqori energiyaga ega bo'lgan mintaqaga o'tadigan tashuvchilar etishmayotgan energiyani panjaradan oladi va Peltier issiqligi so'riladi (Q P).<0 ) и понижение температуры.

Peltier effekti, barcha termoelektrik hodisalar kabi, ayniqsa elektron (n - tip) va teshik (p - tip) yarim o'tkazgichlardan tashkil topgan sxemalarda yaqqol namoyon bo'ladi. Bunday holda, Peltier effekti boshqacha tushuntirishga ega. Kontaktdagi oqim teshik yarimo'tkazgichdan elektronga (r ® n) o'tganda vaziyatni ko'rib chiqaylik. Bunday holda, elektronlar va teshiklar bir-biriga qarab harakatlanadi va uchrashib, qayta birlashadi. Rekombinatsiya natijasida energiya chiqariladi, u issiqlik shaklida chiqariladi. Bu holat rasmda ko'rsatilgan. 3, bu teshik va elektron o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan nopoklik yarimo'tkazgichlar uchun energiya bantlarini (e c - o'tkazuvchanlik zonasi, e v - valentlik bandi) ko'rsatadi.

p- va n-tipli yarim o'tkazgichlar bilan aloqa qilishda Peltier issiqligining chiqishi

Guruch. 3

Shaklda. 4 (e c - o'tkazuvchanlik zonasi, e v - valentlik zonasi) oqim n dan p - yarimo'tkazgichga (n ® p) o'tganda Peltier issiqlik yutilishini ko'rsatadi.

P- va n-tipli yarimo'tkazgichlar bilan aloqa qilishda Peltier issiqlik yutilishi

Guruch. 4

Bu erda elektron yarim o'tkazgichdagi elektronlar va teshik yarim o'tkazgichdagi teshiklar qarama-qarshi yo'nalishda harakat qiladi va interfeysdan uzoqlashadi. Chegara hududidagi oqim tashuvchilarning yo'qolishi elektronlar va teshiklarning juft ishlab chiqarilishi bilan qoplanadi. Bunday juftlarning hosil bo'lishi energiyani talab qiladi, bu esa panjara atomlarining termal tebranishlari bilan ta'minlanadi. Olingan elektronlar va teshiklar elektr maydoni tomonidan qarama-qarshi yo'nalishda tortiladi. Shuning uchun, oqim kontakt orqali oqib o'tguncha, yangi juftliklar doimiy ravishda tug'iladi. Natijada, issiqlik aloqada so'riladi.

Joule-Lenz issiqligining chiqishi bilan bog'liq bo'lgan umumiy isitish fonida Peltier effekti sezilarli bo'lishi uchun quyidagi shart bajarilishi kerak: S Q P Si Q J. . Natijada, tajriba o'tkazishda e'tiborga olinishi kerak bo'lgan quyidagi munosabatlar olinadi:

.

bu erda R - issiqlik ajralib chiqadigan l uzunlikdagi termoelektrod kesimining qarshiligi;

r - elektr qarshiligi.

Kontaktda ajralib chiqadigan Peltier issiqligi miqdorini aniqlaydigan Peltier koeffitsienti aloqa qiluvchi moddalarning tabiati va aloqa haroratiga bog'liq: p 12 = a 12 · T = (a 1 - a 2 ) · T , bu erda a 1. a 2 esa aloqa qiluvchi moddalarning mutlaq issiqlik quvvati koeffitsientlari. Agar ko'pgina metallar juftligi uchun issiqlik quvvati koeffitsienti 10-5 x 10-4 V / K ga teng bo'lsa, yarim o'tkazgichlar uchun u ancha yuqori bo'lishi mumkin (1,5 x 10-3 V / K gacha). Har xil turdagi o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan yarim o'tkazgichlar uchun a turli belgilarga ega, buning natijasida Sa 12 S = Sa 1 S + Sa 2 S.

Shuni ta'kidlash kerakki, issiqlik quvvati koeffitsienti yarim o'tkazgichning tarkibi va haroratiga kompleks tarzda bog'liq bo'lib, metallar bilan solishtirganda, yarim o'tkazgichlar uchun a ning haroratga bog'liqligi ancha aniq. a ning belgisi zaryad tashuvchilarning belgisi bilan belgilanadi. Keng harorat oralig'ida yarimo'tkazgichlarning termoelektrik xususiyatlarini qamrab oladigan umumiy empirik, kamroq nazariy formulalar mavjud emas. Odatda, yarimo'tkazgichning a termoelektromotor kuchi a = 0 qiymatidan boshlab T = 0 da, avval T ga mutanosib ravishda ortadi, keyin sekinroq, ko'pincha ma'lum bir harorat oralig'ida va yuqori haroratlar hududida doimiy bo'lib qoladi ( 500 dan ortiq Kyo 700 K) a~ 1/T qonuniga muvofiq kamayishni boshlaydi.

Yarimo'tkazgichlarning yana bir o'ziga xos xususiyati - bu aralashmalarning hal qiluvchi roli bo'lib, ularning kiritilishi nafaqat qiymatni ko'p marta o'zgartirishga, balki a belgisini ham o'zgartirishga imkon beradi.

Aralash o'tkazuvchanlikka ega yarimo'tkazgichlarda teshiklar va elektronlarning issiqlik quvvatiga hissasi qarama-qarshidir, bu esa a va p ning kichik qiymatlariga olib keladi.

Elektronlar va teshiklarning kontsentratsiyasi (n) va harakatchanligi (u) teng bo'lganda (ne = np va ue = yuqoriga), a va p qiymatlari nolga aylanadi:

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

Peltier effekti, boshqa termoelektrik hodisalar kabi, tabiatan fenomenologikdir.

Yarimo'tkazgichlardagi Peltier effekti haroratni nazorat qilish va sovutish qurilmalarida amaliy qo'llanmalarga ega bo'lgan termoelektrik sovutish va isitish uchun ishlatiladi.

Peltier hodisasi 1834 yilda J. Peltier tomonidan kashf etilgan.

Vaqt xususiyatlari

Boshlanish vaqti (log -3 dan 2 gacha);

Hayot muddati (log tc 15 dan 15 gacha);

Degradatsiya vaqti (log td -3 dan 2 gacha);

Optimal rivojlanish vaqti (log tk -2 dan 3 gacha).

Diagramma:

Effektning texnik amalga oshirilishi

Yarimo'tkazgichlarda Peltier effektini texnik amalga oshirish

Barcha termoelektrik sovutish qurilmalarining asosiy texnologik birligi ketma-ket ulangan termoelementlardan tashkil topgan termoelektrik batareyadir. Metall o'tkazgichlar zaif termoelektrik xususiyatlarga ega bo'lganligi sababli, termoelementlar yarim o'tkazgichlardan tayyorlanadi va termoelementning shoxlaridan biri sof teshikdan (p-tip), ikkinchisi esa sof elektron (n-tip) yarim o'tkazgichdan iborat bo'lishi kerak. Agar siz hozirgi yo'nalishni tanlasangiz (5-rasm), unda Peltier issiqligi muzlatgichning ichida joylashgan kontaktlarda so'riladi va tashqi kontaktlarda atrofdagi bo'shliqqa chiqariladi, u holda muzlatgich ichidagi harorat pasayadi va bo'sh joy kamayadi. muzlatgich tashqarisida isitiladi (bu har qanday muzlatgich dizaynida sodir bo'ladi).

Termoelektrik sovutgichning sxematik diagrammasi

Guruch. 5

Termoelektrik sovutish moslamasining asosiy xususiyati uning sovutish samaradorligidir:

Z= a 2 /(rl) ,

bu erda a - issiqlik quvvati koeffitsienti;

r - qarshilik;

l - yarimo'tkazgichning issiqlik o'tkazuvchanligi.

Z parametri harorat va zaryad tashuvchisi kontsentratsiyasining funktsiyasi bo'lib, har bir berilgan harorat uchun Z qiymati maksimal bo'lgan optimal konsentratsiya qiymati mavjud. Maksimal haroratning pasayishi quyidagi ifoda bilan samaradorlik qiymatiga bog'liq:

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

Bu erda T - termoelementning sovuq birikmasining harorati.

Alohida shoxlar uchun Z qiymati qanchalik katta bo'lsa, samaradorlikni aniqlaydigan Z = (a 1 + a 2 ) 2 /(Tsr 1 l 1 + Tsr 2 l 2 ) 2 qiymati katta bo'ladi. butun termoelement. Eng yuqori harakatchanlik va minimal issiqlik o'tkazuvchanligiga ega yarimo'tkazgichlarni tanlash tavsiya etiladi. Yarimo'tkazgichga ma'lum aralashmalarning kiritilishi uning parametrlarini (a, r, l) kerakli yo'nalishda o'zgartirishning asosiy mavjud vositasidir.

Zamonaviy termoelektrik sovutish moslamalari haroratni +20 ° C dan 200 ° C gacha kamaytirishni ta'minlaydi; ularning sovutish quvvati odatda 100 Vt dan oshmaydi.

Texnologik jihatdan, p- va n-o'tkazuvchanlik (1) bo'lgan yarimo'tkazgichli materiallardan tayyorlangan novdalar, shaklda ko'rsatilgandek, metall konnektorlar (3) yordamida izolyatsiyalovchi materialdan (2) tayyorlangan issiqlik o'tkazuvchi plitalarga o'rnatiladi. 6.

Termoelektrik modul diagrammasi

Guruch. 6

Effektni qo'llash

Yarimo'tkazgichlarda Peltier effektidan amaliy foydalanishning asosiy yo'nalishlari: termoelektrik sovutish moslamalarini yaratish uchun sovuqni olish, isitish uchun isitish, termostatlash, doimiy harorat sharoitida kristallanish jarayonini boshqarish.

Termoelektrik sovutish usuli boshqa sovutish usullariga nisbatan bir qancha afzalliklarga ega. Termoelektrik qurilmalar nazorat qilish qulayligi, haroratni nozik tartibga solish qobiliyati, shovqinsizligi va yuqori operatsion ishonchliligi bilan ajralib turadi. Termoelektrik qurilmalarning asosiy kamchiliklari ularning past samaradorligi bo'lib, ular "sovuq" sanoat ishlab chiqarishida foydalanishga imkon bermaydi.

Termoelektrik sovutish moslamalari maishiy va transport muzlatgichlarida, termostatlarda, radioelektron va optik qurilmalarning termosensitiv elementlarini sovutish va termostatlashda, kristallanish jarayonini boshqarishda, tibbiy va biologik asboblarda va boshqalarda qo'llaniladi.

Kompyuter texnologiyasida termoelektrik sovutish moslamalari "sovutgichlar" jargon nomiga ega (inglizcha sovutgich - sovutgichdan).

Adabiyot

1. Fizika ensiklopediyasi.- M.: Buyuk rus ensiklopediyasi, 1998.- T.5.- B.98-99, 125.

2. Sivuxin S.D. Umumiy fizika kursi - M.: Nauka, 1977. - T.3. Elektr.- P.490-494.

3. Stilbans L.S. Yarim o'tkazgichlar fizikasi - M., 1967. - B.75-83, 292-311.

4. Ioffe A.F. Yarimo'tkazgichli termoelementlar - M., 1960.

Kalit so'zlar