Peltjē dzesēšanas efekts izskaidrots molekulārā līmenī. Peltier elementi
Es iesaku noskatīties divus mazus video.
Varbūt daži no jums jau ir satikušies tiešsaistē. Līdzīgas ierīces tiek izmantotas datortehnoloģijā.
Tomēr parunāsim nedaudz vairāk par šīs parādības fizisko būtību zemāk. Šādas mazas dzesēšanas ierīces ir interesantas ar to, ka to darbības princips ir balstīts uz noteiktu fizisku efektu.
1. video
2. filma
Šīs ierīces ir balstītas uz peltier efekts.
Šī fiziskā parādība tika atklāta 1834
gadā Žans Čārlzs Peltjē, pulksteņmeistars no Francijas. Iegūtais efekts tika nosaukts pēc atklājēja - Peltier efekts.Peltjē atklāja, ka tad, kad elektriskā strāva tiek izvadīta caur ķēdi, kas sastāv no diviem dažādiem vadītājiem, viens no krustojumiem tiek atdzisis, bet otrs sasilst.
Siltuma izdalīšanās, pakļaujoties elektrībai, līdz tam laikam jau bija zināma un saprotama, bet aukstuma izdalīšanās nebija saprotama un netika pētīta.
Tad mēģinājumi izmantot efektu zemas temperatūras iegūšanai bija neveiksmīgi, jo nebija iespējams iegūt augstu EML vērtību. Tāpēc Peltier efekts tika aizmirsts vairāk nekā simts gadus.
Problēma tika atrisināta, nomainot vadītājus ar pusvadītājiem, kuros tas ir vairāk pamanāms. 20. gadsimta 30. gados mūsu tautietis akadēmiķis A.F. Ioffe piedāvāja un parādīja pusvadītāju spēju nodrošināt pietiekamu procesa efektivitāti.
Peltier efekts tiek mainīts seebeck efekts, labāk pazīstams kā termoelektriskais efekts.
Peltier efekts ir atgriezenisks. Mēs to redzam 2. video. Ja maināt polaritāti, kontakts, kas iepriekš bija karsts, kļūs auksts un otrādi.
Kā es jau rakstīju iepriekš, ja jūs izmantojat cēlmetālus kā vadītājus, tad maksimālā temperatūras starpība, ko var izspiest starp diviem punktiem, nebūs lielāka par 3 K. Tāpēc, lai iegūtu lielāku temperatūras starpību, viņi sāka izmantot materiālu kombinācijas - pusvadītājus, elektrovadītspēju, kas starp tīra metāla, piemēram, vara, vadītspēju. Kad tiešā strāva tiek nodota, siltums radīsies uz vienu pusvadītāju, no otras - siltums tiks absorbēts. Šādas vienpakāpes instalācijas ļauj sasniegt maksimālo temperatūras kritumu 70 ... 75 K.
Turpmāka temperatūras pazemināšana ir iespējama tikai kaskādes savienojums termoelementi.
Pateicoties tam, bija iespējams panākt: dziļāku dzesēšanu, palielināt dzesēšanas procesa efektivitāti, samazināt zemas temperatūras vienību izmērus.
Lai iegūtu pietiekamu dzesēšanas jaudu, pārāk nepalielinot elektrisko strāvu, sērijveidā pievienojiet Peltier elementus baterijās.
Peltier akumulators
Uz Peltier baterijām balstītu dzesinātāju priekšrocības:
- kustīgu daļu trūkums, tātad troksnis un vibrācija;
- darba vielu trūkums (dzesētāji un dzesētāji);
- mazs izmērs;
- spēja nepārtraukti pielāgot veiktspēju jebkurās robežās.
Bet trūkumi ir ārkārtīgi ierobežojuši šādu ierīču izmantošanu niša produktiem:
- zemas efektivitātes (COP), zemākas nekā tvaika kompresijas freona iekārtas;
- zema aukstuma produktivitāte;
- augsta cena.
Galvenā problēma augstas efektivitātes Peltier elementu konstrukcijā ir tā, ka brīvie elektroni matērijā vienlaikus ir gan elektriskās strāvas, gan siltuma nesēji. Tajā pašā laikā Peltier elementa materiālam vienlaikus jābūt divām savstarpēji izslēdzošām īpašībām - ir labi vadīt elektrisko strāvu, bet slikti vadīt siltumu, ko praksē ir grūti sasniegt.
Mūsdienās šādi dzesētāji ir atraduši pielietojumu fotografēšanas aprīkojumā, nakts redzamības ierīcēs un teleskopos. Izmanto arī datoru dzesēšanas sistēmās, automašīnu ledusskapjos.
Varbūt jaunu materiālu izmantošana pavērs jaunas iespējas šādu sistēmu un instalāciju izmantošanai. Pašlaik visdaudzsološākais pielietojums ir datorsistēmu dzesēšana.
Ja uzmanīgi skatāties videoklipu, varat redzēt apzīmējumu TEC - Šis ir saīsinājums no angļu valodas termoelektriskā dzesētāja, kas nozīmē termoelektrisko dzesētāju, kā sauc arī Peltier elementus.
Starp citu, tieši PSRS bija līderis termoelektriskās dzesēšanas tehnoloģijās, kā tas bija fundamentālie pētījumiun iekšā praktisks pielietojums... Pirmie mājsaimniecības termoelektriskie ledusskapji tika izveidoti šeit 60. gados.
Peltier pusvadītāju ledusskapji
Mūsdienu augstas veiktspējas elektronisko komponentu, kas veido datoru pamatu, darbību pavada ievērojama siltuma ražošana, it īpaši, darbinot tos piespiedu overclocking režīmos. Šādu komponentu efektīvai darbībai nepieciešami atbilstoši dzesēšanas līdzekļi, lai nodrošinātu to darbībai nepieciešamos temperatūras apstākļus. Parasti šādi optimālu temperatūras apstākļu uzturēšanas līdzekļi ir dzesētāji, kuru pamatā ir tradicionālie radiatori un ventilatori.
Šādu rīku uzticamība un produktivitāte tiek nepārtraukti uzlabota, uzlabojot to dizainu, izmantošanu jaunākās tehnoloģijas un dažādu sensoru un vadības ierīču izmantošana to sastāvā. Tas ļauj šādus rīkus integrēt datorsistēmu sastāvā, nodrošinot to diagnostiku un kontroli, lai sasniegtu visaugstāko efektivitāti, vienlaikus nodrošinot optimālus temperatūras apstākļus datora elementu darbībai, kas palielina uzticamību un pagarina to bez traucējumu darbības laiku.
Tradicionālo dzesētāju parametri pastāvīgi uzlabojas, tomēr pēdējā laikā datoru tirgū ir parādījušies tādi specifiski elektronisko elementu dzesēšanas līdzekļi kā Peltier pusvadītāju ledusskapji un drīz tie ir kļuvuši populāri (lai arī bieži tiek izmantots vārds dzesētājs, bet Peltier elementu gadījumā pareizais termins ir ledusskapis).
Peltier ledusskapji, kas satur īpašus pusvadītāju termoelektriskos moduļus un kuru darbība balstās uz Peltier efektu, kas atklāts tālajā 1834. gadā, ir ārkārtīgi daudzsološas dzesēšanas ierīces. Šādi līdzekļi daudzus gadus ir veiksmīgi izmantoti dažādās zinātnes un tehnikas jomās.
Sešdesmitajos un septiņdesmitajos gados vietējā rūpniecība atkārtoti mēģināja ražot mazus mājsaimniecības ledusskapjus, kuru darbs balstījās uz Peltier efektu. Tomēr esošo tehnoloģiju nepilnības, zemās efektivitātes vērtības un augstās cenas neļāva šādām ierīcēm tajā laikā atstāt pētījumu laboratorijas un izmēģinājumu stendus.
Bet Peltier efekts un termoelektriskie moduļi nepalika tikai zinātnieku daudz. Tehnoloģiju uzlabošanas procesā daudzas negatīvās parādības tika ievērojami vājinātas. Šo centienu rezultātā ir izveidoti ļoti efektīvi un uzticami pusvadītāju moduļi.
IN pēdējie gadi Šos moduļus, kuru darbs balstās uz Peltier efektu, sāka aktīvi izmantot dažādu datoru elektronisko komponentu atdzesēšanai. Tos jo īpaši sāka izmantot, lai atdzesētu mūsdienu jaudīgos procesorus, kuru darbu pavada augsts līmenis siltuma izkliedēšana.
Pateicoties unikālajām siltuma un darbības īpašībām, ierīces, kuru pamatā ir termoelektriskie moduļi - Peltier moduļi, ļauj sasniegt nepieciešamo datora elementu dzesēšanas līmeni bez īpašām tehniskām grūtībām un finansiālām izmaksām. Šie elektronisko komponentu dzesētāji ir ārkārtīgi daudzsološi, lai uzturētu nepieciešamos temperatūras apstākļus to darbībai. Tie ir kompakti, ērti, uzticami un ļoti efektīvi.
Pusvadītāju ledusskapji ir īpaši interesanti kā līdzeklis intensīvas dzesēšanas nodrošināšanai datorsistēmas, kuru elementi ir uzstādīti un darbojas smagos piespiedu režīmos. Šādu režīmu izmantošana - overclocking (overclocking) bieži nodrošina ievērojamu izmantoto elektronisko komponentu, un līdz ar to, kā likums, visas datorsistēmas veiktspējas pieaugumu. Tomēr datoru komponentu darbībai šādos režīmos ir raksturīga ievērojama siltuma izdalīšanās un tā bieži vien ir uz datoru arhitektūras, kā arī esošo un izmantoto mikroelektronisko tehnoloģiju iespēju robežas. Šādi datoru komponenti, kuru darbību pavada augsta siltuma izdalīšanās, ir ne tikai augstas veiktspējas procesori, bet arī mūsdienīgu augstas veiktspējas video adapteru elementi un dažos gadījumos arī atmiņas moduļu mikroshēmas. Šādiem jaudīgiem elementiem to pareizai darbībai ir nepieciešama intensīva dzesēšana pat standarta režīmos, un vēl jo vairāk pārslodzes režīmos.
Peltier moduļi
Peltier ledusskapjos tiek izmantots parasts, tā sauktais termoelektriskais ledusskapis, kura darbība balstās uz Peltier efektu. Šis efekts ir nosaukts franču pulksteņmeistara Peltiera (1785-1845) vārdā, kurš savu atklājumu veica vairāk nekā pirms pusotra gadsimta - 1834. gadā.
Pats Peltiers īsti nesaprata atklātā fenomena būtību. Fenomena patieso nozīmi dažus gadus vēlāk, 1838. gadā, noteica Lencs (1804-1865).
Lencs ievietoja ūdens pilienu ieplakā divu stieņu krustojumā, kas izgatavoti no bismuta un antimona. Kad elektriskā strāva tika virzīta vienā virzienā, ūdens piliens sastinga. Kad straume tika nodota pretējā virzienā, izveidojies ledus izkusa. Tādējādi tika konstatēts, ka, izejot no kontakta diviem elektriskās strāvas vadītājiem, atkarībā no pēdējā virziena, papildus Joule siltumam tiek atbrīvots vai absorbēts papildu siltums, ko sauc par Peltier siltumu. Šo fenomenu sauc par Peltier fenomenu (Peltier efekts). Tādējādi tas ir pretējs Zēbekas fenomenam.
Ja slēgtā kontūrā, kas sastāv no vairākiem metāliem vai pusvadītājiem, temperatūra metālu vai pusvadītāju kontaktu vietās ir atšķirīga, tad ķēdē parādās elektriskā strāva. Šo termoelektriskās strāvas fenomenu 1821. gadā atklāja vācu fiziķis Zēbeks (1770-1831).
Atšķirībā no Džoula-Lenca siltuma, kas ir proporcionāls strāvas stipruma kvadrātam (Q \u003d R · I · I · t), Peltjē siltums ir proporcionāls strāvas pirmajai jaudai un maina zīmi, mainoties pēdējās virzienam. Peltjē siltumu, kā parādīts eksperimentālos pētījumos, var izteikt pēc formulas:
Qп \u003d П q
kur q ir nodotās elektroenerģijas daudzums (q \u003d I t), P ir tā sauktais Peltier koeficients, kura vērtība ir atkarīga no saskares materiālu rakstura un no to temperatūras.
Peltier siltums Qp tiek uzskatīts par pozitīvu, ja tas tiek atbrīvots, un negatīvs, ja tas tiek absorbēts.
Attēls: 1. Eksperimenta shēma Peltjē siltuma, Cu - vara, Bi - bismuta mērīšanai.
Piedāvātajā Peltjē siltuma mērīšanas eksperimenta shēmā ar tādu pašu vadu pretestību R (Cu + Bi), kas nolaista kalorimetros, katrā kalorimetrā izdalīsies tas pats Džoula siltums, proti, Q \u003d R I I t. No otras puses, Peltjē siltums vienā kalorimetrā būs pozitīvs, bet otrā - negatīvs. Saskaņā ar šo shēmu jūs varat izmērīt Peltier siltumu un aprēķināt Peltier koeficientu vērtības dažādiem vadītāju pāriem.
Jāatzīmē, ka Peltier koeficients ir ievērojami atkarīgs no temperatūras. Dažas Peltier koeficienta vērtības dažādiem metālu pāriem ir norādītas tabulā.
| Peltjē koeficienta vērtības dažādiem metāla pāriem | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Dzelzs konstantīns | Varš-niķelis | Svins-konstans | |||
| T, K | P, mV | T, K | P, mV | T, K | P, mV |
| 273 | 13,0 | 292 | 8,0 | 293 | 8,7 |
| 299 | 15,0 | 328 | 9,0 | 383 | 11,8 |
| 403 | 19,0 | 478 | 10,3 | 508 | 16,0 |
| 513 | 26,0 | 563 | 8,6 | 578 | 18,7 |
| 593 | 34,0 | 613 | 8,0 | 633 | 20,6 |
| 833 | 52,0 | 718 | 10,0 | 713 | 23,4 |
Peltier koeficients, kas ir svarīgs materiālu tehniskais raksturojums, parasti netiek mērīts, bet tiek aprēķināts, izmantojot Thomson koeficientu:
P \u003d a T
kur P ir Peltjē koeficients, a ir Tomsona koeficients un T ir absolūtā temperatūra.
Peltjē efekta atklāšanai bija liela ietekme uz turpmāko fizikas attīstību un vēlāk uz dažādām tehnoloģiju jomām.
Tātad atvērtā efekta būtība ir šāda: kad elektriskā strāva iet caur divu dažādu materiālu vadītāju kontaktu, atkarībā no tā virziena, papildus Joule siltumam, tiek atbrīvots vai absorbēts papildu siltums, ko sauc par Peltier siltumu. Šīs ietekmes izpausmes pakāpe lielā mērā ir atkarīga no izvēlēto vadītāju materiāliem un izmantotajiem elektriskajiem režīmiem.
Klasiskā teorija Peltjē fenomenu izskaidro ar to, ka elektroni, kurus strāva pārnes no viena metāla uz otru, tiek paātrināti vai palēnināti, darbojoties iekšējai kontakta potenciāla starpībai starp metāliem. Pirmajā gadījumā kinētiskā enerģija elektroni palielinās un pēc tam tiek atbrīvoti kā siltums. Otrajā gadījumā elektronu kinētiskā enerģija samazinās, un šis enerģijas zudums tiek papildināts, pateicoties otrā vadītāja atomu termiskajām vibrācijām. Tā rezultātā notiek dzesēšana. Pilnīgākā teorijā tiek ņemtas vērā nevis potenciālās enerģijas izmaiņas, pārvietojot elektronu no viena metāla uz otru, bet gan izmaiņas kopējā enerģijā.
Peltjē efekts visspēcīgāk tiek novērots p- un n-veida pusvadītāju izmantošanas gadījumā. Atkarībā no elektriskās strāvas virziena caur pusvadītāju kontaktu dažādi veidi - p-n- un n-p-pārejas, pateicoties elektronu (n) un caurumu (p) pārstāvēto lādiņu mijiedarbībai un to rekombinācijai, enerģija tiek absorbēta vai atbrīvota. Šīs mijiedarbības un radīto enerģijas procesu rezultātā siltums tiek absorbēts vai izdalīts. P- un n-veida pusvadītāju izmantošana termoelektriskajos ledusskapjos ir parādīta attēlā. 2.
Attēls: 2. p- un n-veida pusvadītāju izmantošana termoelektriskos ledusskapjos.
Apvienojot lielu skaitu p- un n-veida pusvadītāju pāru, ir iespējams izveidot dzesēšanas elementus - salīdzinoši lielas jaudas Peltier moduļus. Pusvadītāju termoelektriskā Peltier moduļa struktūra parādīta attēlā. 3.
Attēls: 3. Peltier moduļa struktūra
Peltier modulis ir termoelektrisks ledusskapis, kas sastāv no p- un n-veida pusvadītājiem, kas savienoti virknē, veidojot p-n- un n-p-krustojumus. Katrai no šīm pārejām ir termisks kontakts ar vienu no diviem radiatoriem. Noteiktas polaritātes elektriskās strāvas pārejas rezultātā starp Peltier moduļa radiatoriem veidojas temperatūras starpība: viens radiators darbojas kā ledusskapis, otrs radiators uzsilst un kalpo siltuma noņemšanai. Att. 4 parāda tipiska Peltier moduļa izskatu.
Attēls: 4. Peltier moduļa izskats
Tipisks modulis nodrošina ievērojamu temperatūras starpību, kas ir vairāki desmiti grādu. Ar atbilstošu piespiedu dzesēšanu radiators, otrais radiators - ledusskapis, ļauj sasniegt negatīvu temperatūru. Lai palielinātu temperatūras starpību, ir iespējams kaskādēt Peltier termoelektriskos moduļus, vienlaikus nodrošinot to pietiekamu dzesēšanu. Tas ar relatīvi vienkāršiem līdzekļiem ļauj iegūt ievērojamu temperatūras starpību un nodrošināt efektīvu aizsargāto elementu dzesēšanu. Att. 5. attēlā parādīts tipisku Peltier moduļu kaskādes piemērs.
Attēls: 5. Peltier moduļu kaskādes piemērs
Dzesēšanas ierīces, kuru pamatā ir Peltier moduļi, bieži sauc par aktīvajiem Peltier dzesētājiem vai vienkārši par Peltier dzesētājiem.
Peltier moduļu izmantošana aktīvajos dzesētājos padara tos daudz efektīvākus, salīdzinot ar standarta dzesētāju tipiem, kuru pamatā ir tradicionālie radiatori un ventilatori. Tomēr dzesētāju ar Peltier moduļiem projektēšanas un izmantošanas procesā ir jāņem vērā vairākas specifiskas iezīmes, kas izriet no moduļu dizaina, to darbības principa, mūsdienu datortehnikas arhitektūras un sistēmas un lietojumprogrammatūras funkcionalitātes.
Liela nozīme spēlē Peltier moduļa jaudu, kas, kā likums, ir atkarīga no tā lieluma. Mazjaudas modulis nenodrošina nepieciešamo dzesēšanas līmeni, kas var izraisīt aizsargātā elektroniskā elementa, piemēram, procesora, nepareizu darbību tā pārkaršanas dēļ. Tomēr pārāk lielas jaudas moduļu izmantošana var izraisīt dzesēšanas radiatora temperatūras pazemināšanos līdz gaisa mitruma kondensācijas līmenim, kas ir bīstams elektroniskajām ķēdēm. Tas ir saistīts ar faktu, ka ūdens, kas nepārtraukti iegūts kondensācijas rezultātā, var izraisīt īssavienojumus datora elektroniskajās ķēdēs. Šeit ir jāatgādina, ka attālums starp vadošajiem vadītājiem mūsdienu iespiedshēmas plates bieži ir milimetra daļas. Neskatoties uz visu, tieši jaudīgie Peltier moduļi augstas veiktspējas dzesētājos un atbilstošās papildu dzesēšanas un ventilācijas sistēmas ļāva KryoTech un AMD kopīgajos pētījumos paātrināt AMD procesorus, kas izveidoti, izmantojot tradicionālās tehnoloģijas, līdz frekvencēm, kas pārsniedz 1 GHz. , tas ir, palielināt to darbības biežumu gandrīz 2 reizes salīdzinājumā ar to standarta darbības režīmu. Un jāuzsver, ka šis veiktspējas līmenis ir sasniegts, vienlaikus nodrošinot nepieciešamo procesoru stabilitāti un uzticamību piespiedu režīmos. Nu, šādas ārkārtējas pārsniegšanas rezultāts bija arhitektūras procesoru veiktspējas rekords un 80x86 instrukciju kopa. Un KryoTech uzņēmums nopelnīja labu naudu, piedāvājot savus dzesēšanas blokus tirgū. Aprīkoti ar atbilstošu elektroniku, ir izrādījušies pieprasīti kā augstas veiktspējas serveru un darbstaciju platformas. AMD ir saņēmis apstiprinājumu par savu produktu augsto līmeni un bagātīgu eksperimentālo materiālu, lai vēl vairāk uzlabotu savu procesoru arhitektūru. Starp citu, līdzīgi pētījumi tika veikti ar Intel Celeron, Pentium II, Pentium III procesoriem, kā rezultātā tika panākts arī ievērojams veiktspējas pieaugums.
Jāatzīmē, ka Peltier moduļi to darbības laikā rada salīdzinoši lielu siltuma daudzumu. Šī iemesla dēļ kā dzesētāja daļu izmantojiet ne tikai jaudīgu ventilatoru, bet arī pasākumus, lai pazeminātu temperatūru datora korpusā, lai novērstu pārējo datora komponentu pārkaršanu. Lai to izdarītu, datora korpusa konstrukcijā ieteicams izmantot papildu ventilatorus, lai nodrošinātu labāku siltuma pārnesi vide ārpus lietas.
Att. 6 parāda aktīvā dzesētāja izskatu, kurā ietilpst pusvadītāju Peltier modulis.
Attēls: 6. Dzesētāja izskats ar Peltier moduli
Jāatzīmē, ka dzesēšanas sistēmas, kuru pamatā ir Peltier moduļi, tiek izmantotas ne tikai elektroniskās sistēmās, piemēram, datoros. Šādi moduļi tiek izmantoti dažādu augstas precizitātes ierīču dzesēšanai. Peltier moduļiem ir liela nozīme zinātnē. Pirmkārt, tas attiecas uz eksperimentāliem pētījumiem, kas veikti fizikā, ķīmijā un bioloģijā.
Informācija par Peltier moduļiem un ledusskapjiem, kā arī to izmantošanas iespējas un rezultāti ir atrodama interneta vietnēs, piemēram, šādās adresēs:
Darbības iezīmes
Peltier moduļi, ko izmanto kā daļu no elektronisko elementu dzesēšanas līdzekļiem, atšķiras ar salīdzinoši augstu uzticamību, un, atšķirībā no tradicionālajām tehnoloģijām izveidotajiem ledusskapjiem, tiem nav kustīgu daļu. Un, kā jau minēts iepriekš, lai palielinātu viņu darba efektivitāti, tie ļauj izmantot kaskādi, kas ļauj aizsargāto elektronisko elementu lietu temperatūru panākt līdz negatīvām vērtībām pat ar to ievērojamo izkliedes jaudu.
Tomēr papildus acīmredzamajām priekšrocībām Peltier moduļiem ir arī vairākas specifiskas īpašības un īpašības, kas jāņem vērā, tos izmantojot dzesēšanas šķidrumu sastāvā. Daži no tiem jau ir atzīmēti, taču, lai pareizi lietotu Peltier moduļus, tie ir jāapsver sīkāk. Vissvarīgākās īpašības ietver šādas darbības funkcijas:
- Peltier moduļiem, kas to darbības laikā izstaro lielu siltuma daudzumu, dzesētājā ir nepieciešami atbilstoši radiatori un ventilatori, kas spēj efektīvi noņemt lieko siltumu no dzesēšanas moduļiem. Jāatzīmē, ka termoelektriskie moduļi atšķiras ar salīdzinoši zemu efektivitāti (efektivitāti) un, veicot siltumsūkņa funkcijas, tie paši ir spēcīgi siltuma avoti. Šo moduļu izmantošana kā daļa no datora elektronisko komponentu dzesēšanas līdzekļiem izraisa ievērojamu temperatūras paaugstināšanos sistēmas vienības iekšienē, kas bieži vien prasa papildu pasākumus un līdzekļus, lai samazinātu temperatūru datora korpusa iekšpusē. Pretējā gadījumā paaugstināta temperatūra korpusa iekšienē rada grūtības darbībā ne tikai aizsargātajiem elementiem un to dzesēšanas sistēmām, bet arī pārējiem datora komponentiem. Jāuzsver arī tas, ka Peltier moduļi ir salīdzinoši spēcīga papildu slodze barošanas avotam. Ņemot vērā Peltier moduļu pašreizējā patēriņa vērtību, datora barošanas avota jaudas vērtībai jābūt vismaz 250 W. Tas viss noved pie tā, ka ir lietderīgi izvēlēties mātesplates un ATX korpusus ar pietiekamu barošanas avotu. Šīs konstrukcijas izmantošana atvieglo datora sastāvdaļu optimālu siltuma un elektrisko apstākļu organizēšanu. Jāatzīmē, ka ir Peltier ledusskapji ar savu barošanas avotu.
- Peltier modulis atteices gadījumā izolē atdzesēto elementu no dzesētāja radiatora. Tas noved pie ļoti ātra aizsargātā elementa termiskā režīma pārkāpuma un tā ātras atteices no turpmākas pārkaršanas.
- Zemas temperatūras, kas rodas Peltier ledusskapju darbības laikā ar lieko jaudu, veicina mitruma kondensāciju no gaisa. Tas rada briesmas elektroniskajām sastāvdaļām, jo \u200b\u200bkondensāts var izraisīt īssavienojumus starp komponentiem. Lai novērstu šīs briesmas, ieteicams izmantot Peltier ledusskapjus ar optimālu jaudu. Tas, vai notiek kondensācija, ir atkarīgs no vairākiem parametriem. Vissvarīgākie ir: apkārtējā temperatūra (šajā gadījumā gaisa temperatūra korpusa iekšpusē), atdzesēta objekta temperatūra un gaisa mitrums. Jo siltāks ir gaiss korpusa iekšpusē un jo augstāks mitrums, jo lielāka ir iespējama mitruma kondensācija un turpmāka datora elektronisko komponentu kļūme. Zemāk ir tabula, kurā parādīta mitruma kondensācijas temperatūras atkarība no atdzesēta objekta atkarībā no mitruma un apkārtējās vides temperatūras. Izmantojot šo tabulu, jūs varat viegli noteikt, vai pastāv mitruma kondensācijas risks. Piemēram, ja ārējā temperatūra ir 25 ° C un mitrums ir 65%, tad mitrums kondensējas uz atdzesēta objekta, kad tā virsmas temperatūra ir zem 18 ° C.
Mitruma kondensācijas temperatūra
| Mitrums,% | |||||||||
| Temperatūra vide, ° C |
30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 |
| 30 | 11 | 13 | 15 | 17 | 18 | 20 | 21 | 23 | 24 |
| 29 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 19 | 20 | 22 | 23 |
| 28 | 9 | 11 | 13 | 15 | 17 | 18 | 20 | 21 | 22 |
| 27 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 17 | 19 | 20 | 21 |
| 26 | 7 | 9 | 11 | 13 | 15 | 16 | 18 | 19 | 20 |
| 25 | 6 | 9 | 11 | 12 | 14 | 15 | 17 | 18 | 19 |
| 24 | 5 | 8 | 10 | 11 | 13 | 14 | 16 | 17 | 18 |
| 23 | 5 | 7 | 9 | 10 | 12 | 14 | 15 | 16 | 17 |
| 22 | 4 | 6 | 8 | 10 | 11 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 21 | 3 | 5 | 7 | 9 | 10 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 20 | 2 | 4 | 6 | 8 | 9 | 11 | 12 | 13 | 14 |
Papildus šīm funkcijām ir jāņem vērā vairāki specifiski apstākļi, kas saistīti ar Peltier termoelektrisko moduļu izmantošanu kā daļu no dzesētājiem, ko izmanto, lai atdzesētu jaudīgu datoru augstas veiktspējas centrālos procesorus.
Mūsdienu procesoru un dažu sistēmu programmu arhitektūra nodrošina enerģijas patēriņa izmaiņas atkarībā no procesora slodzes. Tas viņiem ļauj optimizēt enerģijas patēriņu. Starp citu, to nosaka arī enerģijas taupīšanas standarti, kurus atbalsta dažas funkcijas, kas iebūvētas mūsdienu datoru aparatūrā un programmatūrā. Normālos apstākļos procesora darbības un tā enerģijas patēriņa optimizēšana labvēlīgi ietekmē gan paša procesora termisko režīmu, gan vispārējo siltuma bilance... Tomēr jāņem vērā, ka režīmus ar periodiskām enerģijas patēriņa izmaiņām var slikti kombinēt ar dzesēšanas līdzekļiem procesoriem, kuri izmanto Peltier moduļus. Tas ir saistīts ar faktu, ka esošie Peltier ledusskapji parasti ir paredzēti nepārtrauktai darbībai. Šajā sakarā vienkāršākos Peltier ledusskapjus, kuriem nav vadības ierīču, nav ieteicams lietot ar dzesēšanas programmām, piemēram, piemēram, CpuIdle, kā arī ar Windows NT / 2000 vai Linux operētājsistēmām.
Ja procesors pārslēdzas uz zema enerģijas patēriņa režīmu un attiecīgi uz siltuma izkliedi, ir iespējama ievērojama korpusa un procesora kristāla temperatūras pazemināšanās. Procesora kodola pārmērīga atdzišana dažos gadījumos var īslaicīgi pārtraukt tā darbību un rezultātā - pastāvīgu datora sasalšanu. Jāatceras, ka saskaņā ar Intel dokumentāciju minimālā temperatūra, kurā parasti tiek garantēta sērijveida Pentium II un Pentium III procesoru pareiza darbība, ir +5 ° C, lai gan, kā liecina prakse, zemākā temperatūrā tie darbojas lieliski.
Dažas problēmas var rasties arī vairāku iebūvētu funkciju rezultātā, piemēram, tām, kas kontrolē dzesētāju ventilatorus. Proti, procesora enerģijas pārvaldības režīmi dažās datorsistēmās ir saistīti ar dzesēšanas ventilatoru rotācijas ātruma maiņu, izmantojot iebūvēto mātesplates aparatūru. Normālos apstākļos tas ievērojami uzlabo datora procesora termiskos parametrus. Tomēr, lietojot vienkāršākos Peltier ledusskapjus, griešanās ātruma samazināšanās var izraisīt termiskā režīma pasliktināšanos ar procesoram fatālu rezultātu sakarā ar tā pārkaršanu ar darbojošos Peltier moduli, kas papildus siltumsūkņa funkciju veikšanai ir arī spēcīgs papildu siltuma avots.
Jāatzīmē, ka, tāpat kā datoru centrālo procesoru gadījumā, Peltier ledusskapji var būt laba alternatīva tradicionālajiem video mikroshēmojumu dzesēšanas līdzekļiem, kurus izmanto modernos augstas veiktspējas video adapteros. Šādu video mikroshēmojumu darbību pavada ievērojama siltuma izdalīšanās, un parasti to darbības režīmi netiek pakļauti asām izmaiņām.
Lai novērstu problēmas ar mainīgiem enerģijas patēriņa režīmiem, kas izraisa mitruma kondensāciju no gaisa un iespējamu hipotermiju, un dažos gadījumos pat aizsargātu elementu, piemēram, datoru procesoru, pārkaršanu, jums vajadzētu atteikties no šādu režīmu izmantošanas un vairākām iebūvētām funkcijām. Tomēr kā alternatīvu var izmantot arī saldēšanas sistēmas, kurās ietilpst viedās Peltier ledusskapja vadības ierīces. Ar šādiem līdzekļiem var kontrolēt ne tikai ventilatoru darbību, bet arī mainīt pašu termoelektrisko moduļu darba režīmus, ko izmanto aktīvos dzesētājos.
Ir ziņojumi par eksperimentiem, kā iegult miniatūrus Peltier moduļus tieši procesora mikroshēmās, lai atdzesētu to kritiskākās struktūras. Šis risinājums veicina labāku dzesēšanu, samazinot termisko pretestību, un tas var ievērojami palielināt procesora darba frekvenci un veiktspēju.
Daudzas pētniecības laboratorijas strādā pie tā, lai uzlabotu sistēmas, lai nodrošinātu optimālus temperatūras apstākļus elektroniskajiem elementiem. Un dzesēšanas sistēmas, kurās izmanto Peltier termoelektriskos moduļus, tiek uzskatītas par īpaši daudzsološām.
Peltier ledusskapju piemēri
Nesen datoru tirgū parādījās vietēji ražoti Peltier moduļi. Tās ir vienkāršas, uzticamas un salīdzinoši lētas (7–15 USD) ierīces. Parasti dzesēšanas ventilators nav iekļauts. Neskatoties uz to, šādi moduļi ļauj ne tikai iepazīties ar daudzsološiem dzesēšanas līdzekļiem, bet arī izmantot tos paredzētajam mērķim datoru komponentu aizsardzības sistēmās. Šeit īsi parametri viens no paraugiem.
Moduļa izmērs (7. att.) - 40 × 40 mm, maksimālā strāva - 6 A, maksimālais spriegums - 15 V, enerģijas patēriņš - līdz 85 W, temperatūras starpība - vairāk nekā 60 ° C. Nodrošinot jaudīgu ventilatoru, modulis spēj aizsargāt procesoru ar līdz pat 40W enerģijas izkliedi.
Attēls: 7. PAP2X3B ledusskapja izskats
Tirgus piedāvā gan mazākas, gan jaudīgākas pašmāju Peltier moduļu versijas.
Ārzemju ierīču klāsts ir daudz plašāks. Zemāk ir ledusskapju piemēri, kuru dizainā izmantoti Peltier termoelektriskie moduļi.
Aktīvie Peltier ledusskapji no Computernerd
| Vārds | Ražotājs / piegādātājs | Ventilatora parametri | Procesors |
| PAX56B | Computernerd | gultnis | Pentium / MMX līdz 200 MHz, 25 W |
| PA6EXB | Computernerd | dubultā lodīšu gultnis, tahometrs | Pentium MMX līdz 40W |
| DT-P54A | DesTech risinājumi | dubultā lodīšu gultnis | Pentium |
| AC-P2 | AOC dzesētājs | gultnis | Pentium II |
| PAP2X3B | Computernerd | 3 lodīšu gultnis | Pentium II |
| STEP-UP-53X2 | Soļu termodinamika | 2 lodīšu gultņi | Pentium II, Celeron |
| PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier |
Computernerd | 3 lodīšu gultnis, tahometrs | Pentium II, Celeron |
| PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier |
Computernerd | 3 lodīšu gultnis, tahometrs | Pentium II, Celeron |
| PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier | Computernerd | 3 lodīšu gultnis, tahometrs | Pentium II, Celeron |
PAX56B ledusskapis ir paredzēts Intel, Cyrix un AMD Pentium un Pentium-MMX procesoru dzesēšanai, kas darbojas frekvencēs līdz 200 MHz. Termoelektriskais modulis 30x30 mm ļauj ledusskapim uzturēt procesora temperatūru zem 63 ° C ar 25 W jaudas izkliedi un 25 ° C ārējo temperatūru. Sakarā ar to, ka lielākā daļa procesoru izkliedē mazāk enerģijas, šis ledusskapis ļauj uzturēt procesora temperatūru daudz zemāku nekā daudziem alternatīviem dzesētājiem, kuru pamatā ir dzesēšanas radiatori un ventilatori. PAX56B Peltier modulis tiek piegādāts no 5 V barošanas, kas spēj nodrošināt maksimālo 1,5 A strāvu. Šī ledusskapja ventilatoram nepieciešama maksimālā jauda 12 V un 0,1 A. Ledusskapja PAX56B ventilatora parametri: lodīšu gultnis, 47,5 mm, 65000 stundas, 26 dB. Kopējais šī ledusskapja izmērs ir 25 x 25 x 28,7 mm. Aptuvenā PAX56B ledusskapja cena ir 35 USD. Norādītā cena ir saskaņā ar uzņēmuma cenrādi 2000. gada vidum.
PA6EXB ledusskapis ir paredzēts jaudīgāku Pentium-MMX procesoru atdzesēšanai, kas izkliedē jaudu līdz 40W. Šis ledusskapis ir piemērots visiem Intel, Cyrix un AMD procesoriem, kas savienoti caur Socket 5 vai Socket 7. Peltier termoelektriskā moduļa, kas iekļauts PA6EXB ledusskapī, izmērs ir 40 × 40 mm, un tas patērē maksimālo strāvu 8 A (parasti 3 A) pie 5 sprieguma. B ar savienojumu caur standarta datora barošanas savienotāju. Kopējais PA6EXB ledusskapja izmērs ir 60 × 60 × 52,5 mm. Uzstādot šo ledusskapi, lai laba radiatora siltuma apmaiņa ar vidi būtu ap ledusskapi, jānodrošina vismaz 10 mm atvērta telpa augšpusē un 2,5 mm sānos. Ledusskapis PA6EXB nodrošina CPU temperatūru 62,7 ° C ar enerģijas izkliedi 40 W un ārējās temperatūras 45 ° C. Ņemot vērā termoelektriskā moduļa, kas ir šī ledusskapja daļa, darbības principu, lai izvairītos no mitruma kondensācijas un īssavienojumiem, jāizvairās no tādu programmu izmantošanas, kas procesoru ilgstoši nodod miega režīmā. Aptuvenā šāda ledusskapja cena ir 65 USD. Norādītā cena ir saskaņā ar uzņēmuma cenrādi 2000. gada vidum.
DT-P54A (pazīstams arī kā Computernerd PA5B) ir paredzēts Pentium procesoriem. Tomēr daži uzņēmumi, kas piedāvā šos ledusskapjus tirgū, to iesaka Cyrix / IBM 6x86 un AMD K6 lietotājiem. Ledusskapī iekļautais radiators ir pietiekami mazs. Tās izmēri ir 29 × 29 mm. Ledusskapī ir iebūvēts siltuma sensors, kurš nepieciešamības gadījumā paziņo par pārkaršanu. Viņš arī kontrolē Peltiera elementu. Komplektā ietilpst ārēja vadības ierīce. Tas veic sprieguma un paša Peltier elementa darbības uzraudzību, ventilatora darbību, kā arī procesora temperatūru. Ja Peltier elements vai ventilators nedarbojas, vienība radīs trauksmi, ja ventilators griežas mazāk par 70% no nepieciešamā ātruma (4500 apgr./min.) Vai ja procesora temperatūra paaugstinās virs 145 ° F (63 ° C). Ja procesora temperatūra paaugstinās virs 100 ° F (38 ° C), tad Peltier elements tiek automātiski ieslēgts, pretējā gadījumā tas ir izslēgšanas režīmā. Pēdējā īpašība novērš mitruma kondensācijas problēmas. Diemžēl pats elements ir pielīmēts pie radiatora tik cieši, ka to nevar atdalīt, neiznīcinot tā struktūru. Tas padara to neiespējamu uzstādīt uz citu, jaudīgāku radiatoru. Runājot par ventilatoru, tā dizainu raksturo augsts uzticamības līmenis, un tam ir augsti parametri: barošanas spriegums - 12 V, griešanās ātrums - 4500 RPM, gaisa plūsmas ātrums - 6,0 CFM, enerģijas patēriņš - 1 W, trokšņa raksturlielumi - 30 dB. Šis ledusskapis ir pietiekami jaudīgs un noderīgs pārspīlēšanai. Tomēr dažos procesoru pārspīlēšanas gadījumos jums vajadzētu izmantot tikai lielu heatsink un labu dzesētāju. Šī ledusskapja cena svārstās no 39 līdz 49 USD. Norādītā cena tiek norādīta saskaņā ar vairāku uzņēmumu cenrādi 2000. gada vidum.
AC-P2 ledusskapis ir paredzēts Pentium II procesoriem. Komplektā ietilpst 60 mm dzesētājs, radiators un 40 mm Peltier elements. Slikti piemērots Pentium II 400 MHz un augstākiem procesoriem, jo \u200b\u200bSRAM atmiņas mikroshēmas praktiski netiek atdzesētas. Paredzamā cena 2000. gada vidū - 59 USD.
Ledusskapis PAP2X3B (8. att.) Ir līdzīgs AOC AC-P2. Pievienoti divi 60 mm dzesētāji. SRAM dzesēšanas jautājumi palika neatrisināti. Jāatzīmē, ka ledusskapi nav ieteicams lietot kopā ar dzesēšanas programmām, piemēram, piemēram, CpuIdle, kā arī operētājsistēmās Windows NT vai Linux, jo, iespējams, mitrums kondensējas procesorā. Paredzamā cena 2000. gada vidū - 79 USD.
Attēls: 8. Ledusskapja PAP2X3B izskats
STEP-UP-53X2 ledusskapis ir aprīkots ar diviem ventilatoriem, kas caur radiatoru izpūš lielu gaisa daudzumu. Paredzamā cena 2000. gada vidū - USD 79 (Pentium II), 69 USD (Celeron).
Computernerd Bcool sērijas ledusskapji (PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier, PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier, PAP2CX3B-10S, BCool-EST PC-Peltier) ir paredzēti Pentium II un Celeron procesoriem, un tiem ir līdzīgas īpašības, kuras ir parādītas sekojošā tabula.
Ledusskapji BCool sērija
| Lieta | PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier |
PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier |
PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier |
|||||||
| Ieteicamie pārstrādātāji | Pentium II un Celeron | |||||||||
| Fanu skaits | 3 | |||||||||
| Centrālā ventilatora tips | Lodīšu gultnis, tahometrs (12V, 120mA) | |||||||||
| Centrālā ventilatora izmērs | 60x60x10 mm | |||||||||
| Ārējā ventilatora tips | Gultnis | Lodīšu gultnis, tahometrs | Termistors ar lodīšu gultni | |||||||
| Ārējā ventilatora izmērs | 60x60x10 mm | 60x60x25 mm | ||||||||
| Spriegums, strāva | 12 V, 90 mA | 12 V, 130 mA | 12 V, 80–225 mA | |||||||
| Kopējā ventilatoru platība | 84,9 cm 2 | |||||||||
| Kopējā strāva ventilatoriem (jauda) | 300 mA (3,6 W) |
380 mA (4,56 W) |
280–570 mA (3.36-6.84W) |
|||||||
| Tapu skaits uz radiatoru (centrā) | 63 gari un 72 īsi | |||||||||
| Tapu skaits uz radiatoru (katrā galā) | 45 gari un 18 īsi | |||||||||
| Kopējais radiatora tapas skaits | 153 garš un 108 īss | |||||||||
| Radiatora izmēri (centrā) | 57x59x27 mm (ieskaitot termoelektrisko moduli) | |||||||||
| Radiatora izmēri (katrā galā) | 41x59x32 mm | |||||||||
| Radiatora kopējie izmēri | 145x59x38 mm (ieskaitot termoelektrisko moduli) | |||||||||
| Ledusskapja vispārējie izmēri | 145x60x50 mm | 145x60x65 mm | ||||||||
| Ledusskapja svars | 357 grami | 416 grami | 422 grami | |||||||
| Garantija | 5 gadi | |||||||||
| Paredzamā cena (2000) | $74.95 | $79.95 | $84.95 | |||||||
Jāatzīmē, ka BCool ledusskapju grupā ietilpst arī ierīces, kurām ir līdzīgi raksturlielumi, bet kurām nav Peltier elementu. Šādi ledusskapji, protams, ir lētāki, bet arī mazāk efektīvi kā datora komponentu atdzesēšanas līdzeklis.
Raksta sagatavošanā izmantoti materiāli no grāmatas "PC: noskaņošana, optimizācija un overclocking". 2. red., Red. un papildu, - SPb .: BHV - Pēterburga. 2000. .-- 336 lpp.
PELT EFEKTS
PELT EFEKTS
Atbrīvojieties vai sildiet caur elektrisko strāvu. strāva I caur divu diff kontaktu. vadītāji. Siltuma izdalīšanos aizstāj ar absorbciju, kad mainās strāvas virziens. Atvērts fr. fiziķis J. Peltjērs 1834. gadā. Siltuma daudzums Qp \u003d PI, kur P ir Peltiera koeficients, kas vienāds ar: P \u003d TDa. Šeit T ir abs. temp-pa, Da-starpība termoelektriska. coeff. vadītāji.
P. e. ir izskaidrojams ar to, ka sal. strāvas nesēji ir atkarīgi no viņu enerģētiskā stāvokļa. to izkliedes spektrs, koncentrācija un mehānismi, un tāpēc dažādiem vadītājiem tas ir atšķirīgs. Pārejot no viena vadītāja uz otru, elektroni vai nu pārvada lieko enerģiju atomiem, vai arī papildina enerģijas trūkumu uz viņu rēķina. Pirmajā gadījumā Peltier tiek atbrīvots netālu no kontakta, un otrajā - tas tiek absorbēts. Kad elektroni pāriet no pusvadītāja uz metālu, PP vadīšanas elektronu enerģija ir daudz augstāka par metāla Fermi līmeni, un elektroni atsakās no liekās enerģijas. Ar strāvas pretējo virzienu no metāla uz PP var pāriet tikai tie elektroni, kuru enerģija ir virs PP vadītspējas joslas apakšas. Šajā gadījumā kristālu termisko vibrāciju dēļ tiek traucēts un atjaunots metāla līdzsvars. režģis. Tas absorbē Peltiera siltumu. Saskaroties diviem PP vai diviem metāliem, Peltier siltums arī tiek atbrīvots (vai absorbēts) sakarā ar to, ka sk. lādiņu nesēju enerģija abās kontakta pusēs ir atšķirīga.
P. e. izmanto dzesēšanai saldēšanas iekārtās un dažās elektroniskās ierīcēs.
Fiziskā enciklopēdiskā vārdnīca. - M .: Padomju enciklopēdija. . 1983 .
PELT EFEKTS
Siltuma sadale vai absorbcija divu atšķirīgu vadītāju kontaktā atkarībā no elektrības virziena. caur kontaktu plūst strāva. Atklājis J. Peltieris 1834. gadā. Siltuma izdalīšanas spēks Q\u003d P 12 jkur j - strāvas blīvums, P 12 \u003d P 1 - P 2 (P 1, P 2 - saskarsmes materiālu absolūtais Peltjē koeficients, kas ir šo materiālu raksturlielumi). P. e. vai tas ir sal. lādiņnesēju enerģija (elektronu skaidrībai), kas iesaistīta elektriskā vadītspējā, sadaloties. vadītāji ir atšķirīgi, jo tas ir atkarīgs no viņu enerģijas. spektrs, koncentrēšanās un izkliedes mehānisms (sk. Lādiņnesēju izkliedēšana). Pārejot no viena vadītāja uz otru, elektroni vai nu nodod lieko enerģiju režģim, vai arī papildina enerģijas trūkumu no tā konta (atkarībā no strāvas virziena). Pirmajā gadījumā tas tiek atbrīvots netālu no kontakta, bet otrajā - tā sauktais. Peltiera karstums. Piemēram, pusvadītāja un metāla kontaktā (att.), Elektronu enerģija, kas iet no pusvadītājs n - tips metālā (kreisais kontakts), ievērojami pārsniedz Fermi enerģiju, tāpēc tie metālā saplīst. Sadursmju rezultātā tiek atjaunots līdzsvars, kurā elektroni tiek termiski apstrādāti, atsakoties no liekā enerģijas kristāliskajam. režģis. Pusvadītājā, kas izgatavots no metāla (labais kontakts), var pāriet tikai visenerģiskākie elektroni, kā rezultātā metālā esošā elektronu gāze tiek atdzisusi. Režģa vibrāciju enerģija tiek tērēta līdzsvara sadalījuma atjaunošanai.
Peltiera ietekme uz pusvadītāju kontaktiem n - metāla tips; - Fermi līmenis; - pusvadītāju vadītspējas joslas apakšdaļa: - valences joslas augšdaļa.
Saskaroties diviem pusvadītājiem vai diviem metāliem, arī Peltier siltums tiek atbrīvots (vai absorbēts) sakarā ar to, ka sk. lādiņu nesēju enerģija, kas iesaistīta strāvā abās kontakta pusēs, ir atšķirīga.
Izteiksme abs. coeff. Peltier P (lādiņa nesējs - elektroni) ir šāda forma
kur . - kinētiskā. enerģija un elektroni, f 1 - elektronu sadalījuma funkcijas nesabalansētā daļa, stāvokļu blīvums. Kā redzams no (1), koefs. P ir novirze, sk. nesēju enerģija plūsmā no Fermi enerģijas uz vienības maksu. Lai noteiktu P, jums jāzina f-cija un jāatrod, t.i., jāatrisina kinētika. ur-cija. Paraboliskā gadījumā. vadīšanas elektronu izkliedes likums ( p) (p- kvazimomentums) un vidējā brīvā ceļa atkarība no varas likuma . par enerģiju, ja pusvadītāju koef. nav deģenerācijas. P nosaka f-loy
Šeit ir izkliedes parametrs, T - abs. temp-pa (sk. Uzlādes nesēju izkliedēšana cietā stāvoklī); mēra no vadītspējas joslas apakšas.
Kā redzams no (2), eP bet abs. vērtība var sasniegt desmitus kT. Palielinoties elektronu koncentrācijai deģenerētā vadītājā vai samazinoties T P vērtība samazinās un pie 
Koefs. Peltieris ir saistīts ar koefi. termoelektriskā jauda t., P \u003d T.
Tas ļauj novērtēšanai izmantot mikroskopiskus rezultātus. teorija Koefam. Peltier, kas ir svarīgs tehn. materiālu raksturlielumi, kā likums, netiek izmērīti, bet aprēķināti, veicot vienkāršāku mērīšanu.
P. e. izmanto termoelektriskos. ledusskapjus un termostatus, kā arī, lai kontrolētu kristalizācijas procesu siltuma izdalīšanās vai absorbcijas dēļ saskarnē starp šķidrumu un cieto fāzi, kad iet elektriski. pašreizējais.
Lit .: Anselms A. I., Ievads pusvadītāju teorijā, 2. izdevums, M., 1978; Askerovs BM, elektroniskās pārsūtīšanas parādības pusvadītājos, M., 1985; Seegers K., pusvadītāju fizika, 3. M. Daševskis.
Fiziskā enciklopēdija. 5 sējumos. - M .: Padomju enciklopēdija. Galvenais redaktors A. M. Prokhorovs. 1988 .
Skatiet, kāds ir "PELTIER EFFECT" citās vārdnīcās:
Siltuma izdalīšana vai absorbcija, kad strāva iet caur divu dažādu vadītāju kontaktu (savienojumu). Siltuma daudzums ir proporcionāls strāvas stiprumam. Izmanto saldēšanas iekārtās. Atklāts 1834. gadā J. Peltjē. * * * PELTIER EFEKTS PELTIER EFEKTS ... enciklopēdiskā vārdnīca
Peltjē efekts ir siltuma ģenerēšanas vai absorbcijas process, kad elektriskā strāva iet caur divu atšķirīgu vadītāju kontaktu. Izdalītā siltuma daudzums un tā zīme ir atkarīga no saskares vielu veida, strāvas stipruma un tranzīta laika ... ... Wikipedia
Siltuma izdalīšana vai absorbcija, kad strāva iet caur divu dažādu vadītāju kontaktu (savienojumu). Siltuma daudzums ir proporcionāls strāvas stiprumam. Izmanto saldēšanas iekārtās. 1834. gadā to atvēra J. Peltjē ... Lielā enciklopēdiskā vārdnīca
Siltuma izdalīšana vai absorbcija, kad elektriskā strāva iet caur divu dažādu vadītāju kontaktu (savienojumu). Siltuma izdalīšanos aizstāj ar absorbciju, kad mainās strāvas virziens. Atklājis J. Peltieris 1834. gadā. Piešķirtais vai ...
Peltjē efekts ir termoelektriska parādība, kurā siltums tiek atbrīvots vai absorbēts, kad divu atšķirīgu vadītāju saskares vietā (krustojumā) iet elektriskā strāva. Radītā siltuma daudzums un tā zīme ir atkarīga no sugas ... Wikipedia
Seebeka efekts ir EML parādība slēgtā elektriskajā ķēdē, kas sastāv no virknei savienotiem atšķirīgiem vadītājiem, kuru kontakti ir dažādās temperatūrās. Sībeka efektu dažreiz sauc arī par ... ... Wikipedia
Peltjē Žans Čārlzs Athanaz (1982. gada 22. februāris, Am, Somme, - 1845. gada 27. oktobris, Parīze), franču fiziķis un meteorologs. Viņš strādāja par pulksteņu ražotāju uzņēmumā A.L. Breguet. Pēc mantojuma saņemšanas (1815) viņš veltīja sevi zinātnei. Zinātniskie darbi par termoelektrību, ... Lielā padomju enciklopēdija
Tomsona efekts ir viena no termoelektriskām parādībām, kas sastāv no tā, ka viendabīgā nevienmērīgi uzkarsētā vadītājā ar līdzstrāvu papildus siltumam, kas izdalās saskaņā ar Džoula-Lenca likumu, apjomā ... ... Wikipedia
Žans Čārlzs Peltjē fr. Jean Charles Peltier Jean Peltier Dzimšanas datums ... Wikipedia
Termoelektriskas parādības ... Wikipedia
Krievijas Federācijas Federālā izglītības aģentūra
Brjanskas Valsts tehniskā universitāte
"Vispārīgās fizikas" nodaļa
Kursa darbs
Peltiera efekts un tā pielietojums
disciplīnā "Fizika"
Studentu gr. 07-EPM 2
Šapovals N.V.
Līderis
pakaļa Krauškina E.Yu.
Brjanska 2008
IEVADS
1. PELTIER IETEKME
1.1. Peltiera efekta atvēršana
1.2 Peltiera efekta skaidrojums
2. PELTĪGĀS IETEKMES PIEMĒROŠANA
2.1. Peltiera moduļi
2.2 Peltier moduļu darbības iezīmes
2.3 Peltiera efekta pielietošana
SECINĀJUMS
LIETOTĀS LITERATŪRAS SARAKSTS
Zinātniskajai domai ir spēja noturēt savu laiku priekšā. Zinātnieku atklājumi ļauj nākamajām paaudzēm, viņu vadībā, radīt ierīces un ierīces, kas uzlabo cilvēka dzīvi; atrast jaunus veidus, kā aizsargāt savu veselību un labsajūtu. Un šī parādība, ko 1834. gadā atklāja pulksteņu meistars Žans Čārlzs Peltjē un kuru vēlāk sauca par “Peltiera efektu”, nebija izņēmums. Tāpēc efekts, kas notika 2007 xIX sākums gadsimts, ir aktuāls tagad.
Tās piemērošanas iespējas ir neierobežotas. Daudzas laboratorijas un pētniecības centri nodarbojas ar tā izmantošanas veidu izstrādi, jo franču zinātnieka atklājums padara cilvēka dzīvi ērtu, krāsainu un civilizācijas ieguvumus pieejamus plašam patērētāju lokam.
Šajā kursa darbā mēs apskatīsim Peltiera fenomenu un tā pielietojumu.
1.1. Peltiera efekta atvēršana
Peltiera efekts 1834. gadā atklāja francūzis Žans Čārlzs Peltjē. Viena eksperimenta laikā viņš caur bismuta sloksni izlaida elektrisko strāvu, kurai bija pievienoti vara vadītāji (1.1. Att.). Eksperimenta laikā viņš atklāja, ka viens bismuta-vara savienojums sakarst, otrs atdziest.
Attēls: 1.1. - Peltiera siltuma mērīšanas eksperimenta shēma
Pats Peltjē līdz galam neizprata atklātās parādības būtību. Faktiskā patiesā nozīme vēlāk tika izskaidrota 1838. gadā. Lencs.
Savā eksperimentā Lencs eksperimentēja ar ūdens pilienu, kas novietots divu vadītāju (bismuta un antimona) krustojumā. Kad strāva tika nodota vienā virzienā, ūdens piliens iesaldēja, un, mainoties strāvas virzienam, tas izkusa. Tādējādi tika konstatēts, ka strāvai pārejot caur divu vadītāju kontaktu, siltums tiek atbrīvots vienā virzienā un absorbēts otrā. Šī parādība sauca peltiera efekts .
Peltier siltums ir proporcionāls ampēros, un to var izteikt ar formulu:
Q p \u003d P q
kur q - caur kontaktu nodotā \u200b\u200bmaksa, Lpp - tā dēvētais Peltiera koeficients, kas atkarīgs no saskarsmes materiālu veida un to temperatūras. Peltjē koeficientu var izteikt ar Tompsona koeficientu:
П \u003d T
kur a - Tompsona koeficients, T - absolūtā temperatūra.
Jāatzīmē, ka Peltiera koeficients ir ievērojami atkarīgs no temperatūras. Dažas Peltier koeficienta vērtības dažādiem metālu pāriem ir parādītas 1. tabulā.
1. tabula
| Peltjē koeficienta vērtības dažādiem metāla pāriem | |||||
| Dzelzs konstantīns | Varš-niķelis | Svins-konstans | |||
| T, K | P, mV | T, K | P, mV | T, K | P, mV |
| 273 | 13,0 | 292 | 8,0 | 293 | 8,7 |
| 299 | 15,0 | 328 | 9,0 | 383 | 11,8 |
| 403 | 19,0 | 478 | 10,3 | 508 | 16,0 |
| 513 | 26,0 | 563 | 8,6 | 578 | 18,7 |
| 593 | 34,0 | 613 | 8,0 | 633 | 20,6 |
| 833 | 52,0 | 718 | 10,0 | 713 | 23,4 |
Peltjē izdalītā siltuma daudzums un tā zīme ir atkarīga no saskarsmes vielu veida, strāvas stipruma un caurlaidības laika, tāpēc Qp var izteikt ar citu formulu:
dQ lpp \u003d П12ЧIЧdt.
Šeit P12 \u003d P1-P2 ir šī kontakta Peltiera koeficients, kas saistīts ar saskarsmes materiālu absolūtajiem Peltiera koeficientiem P1 un P2. Šajā gadījumā tiek uzskatīts, ka strāva plūst no pirmā parauga uz otro. Kad Peltjērs izdala siltumu, mums ir: Qp\u003e 0, P12\u003e 0, P1\u003e P2.
Kad Peltier siltums tiek absorbēts, to uzskata par negatīvu un attiecīgi: Qп<0, П12<0, П1<П2. Очевидно, что П12=-П21.
Peltiera koeficienta izmērs [P] SI \u003d J / Kl \u003d V.
Klasiskā teorija Peltjē fenomenu izskaidro ar faktu, ka, elektroniem pārejot ar strāvu no viena metāla uz otru, tos paātrina vai palēnina metālu iekšējā kontakta potenciāla starpība. Paātrinājuma gadījumā elektronu kinētiskā enerģija palielinās un pēc tam izdalās siltuma veidā. Pretējā gadījumā kinētiskā enerģija samazinās, un enerģija tiek papildināta, pateicoties otrā vadītāja atomu termisko vibrāciju enerģijai, tādējādi tā sāk atdzist. Pilnīgākā pārbaudē tiek ņemtas vērā izmaiņas ne tikai potenciālā, bet arī kopējā enerģijā.
Att. 1.2. un fig. 1.3. attēlo slēgtu ķēdi, kas sastāv no diviem dažādiem pusvadītājiem PP1 un PP2 ar kontaktiem A un B.
Attēls: 1.2. - Peltier siltuma ražošana (kontakts A)
Attēls: 1.3 - Peltier siltuma absorbcija (kontakts A)
Šādu shēmu parasti sauc par termoelementu, un tās filiāles sauc par termoelektrodiem. Caur ķēdi plūst strāva I, ko rada ārējs avots e. Attēls: 1.2. ilustrē situāciju, kad Peltier siltums Qp (A)\u003e 0 izdalās kontaktā A (strāva plūst no PP1 uz PP2), un kontaktā B (strāva tiek virzīta no PP2 uz PP1) tā absorbcija ir Qp (V)<0. В результате происходит изменение температур спаев: ТА>TV.
Att. 1.3. izmaiņas avota zīmē maina strāvas virzienu pretējā virzienā: no PP2 līdz PP1 pie kontakta A un no PP1 līdz PP2 pie kontakta B. Attiecīgi mainās Peltiera karstuma zīme un attiecība starp kontakta temperatūrām: Qp (A)<0, ТА<ТВ.
Peltjē efekta rašanās iemesls pusvadītāju kontaktam ar tāda paša veida strāvas nesējiem (diviem n veida pusvadītājiem vai diviem p veida pusvadītājiem) ir tāds pats kā kontakta gadījumā starp diviem metāla vadītājiem. Strāvas nesējiem (elektroniem vai caurumiem) dažādās krustojuma pusēs ir atšķirīga vidējā enerģija, kas ir atkarīga no daudziem iemesliem: enerģijas spektrs, koncentrācija, lādiņa nesēja izkliedes mehānisms. Ja nesēji, šķērsojot krustojumu, nonāk reģionā ar zemāku enerģiju, tie pārvada lieko enerģiju uz kristāla režģi, kā rezultātā kontakta tuvumā izdalās Peltiera siltums (Qp\u003e 0) un kontakta temperatūra paaugstinās. Šajā gadījumā pārvadātājos, kas šķērso reģionu ar lielāku enerģiju, pārvadātāji aizņem trūkstošo enerģiju no režģa, un Peltier siltums tiek absorbēts (Qp<0) и понижение температуры.
Peltjē efekts, tāpat kā visas termoelektriskās parādības, ir īpaši izteikts ķēdēs, kas sastāv no elektroniskiem (n-veida) un caurumu (p-veida) pusvadītājiem. Šajā gadījumā Peltiera efektam ir atšķirīgs izskaidrojums. Apsvērsim situāciju, kad strāva kontaktā iet no cauruma pusvadītāja uz elektronisku (p®n). Šajā gadījumā elektroni un caurumi pārvietojas viens pret otru un, satikušies, rekombinējas. Rekombinācijas rezultātā tiek atbrīvota enerģija, kas izdalās siltuma veidā. Šī situācija ir parādīta 4. attēlā. 1.4., Kas parāda piemaisījumu pusvadītāju ar caurumu un elektronisko vadītspēju enerģijas joslas (ekvadītspējas josla, ev-valences josla).
Attēls: 1.4. - Peltier siltuma veidošanās, saskaroties ar p un n tipa pusvadītājiem
Att. 1.5. (ec - vadīšanas josla, izlaiduma josla) parāda Peltiera siltuma absorbciju gadījumam, kad strāva plūst no n uz p-pusvadītāju (n ® p).
Attēls: 1.5 - peltier siltuma absorbcija, saskaroties ar p un n tipa pusvadītājiem
Šeit elektroni elektroni un caurumi pusvadītāju caurumos pārvietojas pretējos virzienos, attālinoties no saskarnes. Strāvas nesēju zaudējumu robežas reģionā kompensē elektronu un caurumu radīšana pāros. Šādu pāru veidošanai ir nepieciešama enerģija, ko pievada režģa atomu termiskās vibrācijas. Iegūtos elektronus un caurumus elektriskais lauks vilk pretējos virzienos. Tāpēc, kamēr strāva plūst caur kontaktu, nepārtraukti dzimst jauni pāri. Tā rezultātā siltums tiks absorbēts saskarē.
Dažādu veidu pusvadītāju izmantošana termoelektriskos moduļos ir parādīta 1. attēlā. 1.6.
Attēls: 1.6. Pusvadītāju struktūru izmantošana termoelektriskos moduļos
Šāda ķēde ļauj izveidot efektīvus dzesēšanas elementus.
2.1. Peltiera moduļi
Apvienojot lielu skaitu p- un n-veida pusvadītāju pāru, ir iespējams izveidot dzesēšanas elementus - salīdzinoši lielas jaudas Peltier moduļus. Pusvadītāju termoelektriskā Peltier moduļa struktūra ir parādīta att. 2.1.
Attēls: 2.1. - Peltiera moduļa uzbūve
Peltiera modulis ir termoelektrisks ledusskapis, kas sastāv no p- un n-veida pusvadītājiem, kas savienoti virknē, veidojot p-n- un n-p-savienojumus. Katrai no šīm pārejām ir termisks kontakts ar vienu no diviem radiatoriem. Zināmas polaritātes elektriskās strāvas caurlaidības rezultātā starp Peltiera moduļa radiatoriem veidojas temperatūras starpība: viens radiators darbojas kā ledusskapis, otrs radiators uzsilst un kalpo siltuma noņemšanai. Att. 2.2. tiek parādīts tipiskā Peltier moduļa izskats.
Peltjē efekts ir process, kas saistīts ar temperatūras starpības parādīšanos diviem dažādiem materiāliem, kad caur tiem iziet elektriskā strāva. Vispirms to skaidroja akadēmiķis un izgudrotājs Lencs.
Pateicības
Mēs nevaram ignorēt PSRS Zinātņu akadēmijas un akadēmiķa A.F. Ioffe par viņa grandiozo darbu pie termoelektrostacijas attīstības PSRS un par pētījumu rezultātu pievēršanu sabiedrības uzmanībai.
Piemērojamība
Peltiera efektu izmanto dzesēšanai, sildīšana ir iespējama ar jebkuru vadītāju saskaņā ar Džoula-Lenca likumu. Tāpēc šī parādība ir noderīga:
- Zema sprieguma un līdzstrāvas ledusskapju izveidošanai. Ar sildīšanas iespēju, mainot padeves polaritāti. Rietumos šādi tiek veidoti ceļu sviestmaižu veidotāji. Auksts neļauj ēdienam sabojāt, apgrieztā polaritāte ļauj ēdienu pasniegt karstu.
- CPU dzesētāji dod ievērojamu ieguldījumu sistēmas vienības vispārējos trokšņa parametros. Ja tos aizstājat ar Peltier elementiem, dažreiz pietiek ar parastu ventilatoru. Tas nerada tik daudz trokšņa, korpusam nav jaudīga radiatora, un stiprinājums ir uzticams (atšķirībā no mātesplates materiāla).
Dzesēšanas teorijas attīstība
Peltjē efekts nepiesaistīja zinātnieku lielu uzmanību, tas šķita bezjēdzīgs. Tas tika atvērts 1834. gadā un vairāk nekā gadsimtu savāc putekļus zinātnisko bibliotēku plauktos, pirms sāka parādīties pirmie nozīmīgie tehniskie risinājumi šajā jomā. Piemēram, Altenkirhs (1911) paziņoja par Peltiera efekta neizmantošanu saldēšanas iekārtās, savos aprēķinos viņš balstījās uz tīru metālu izmantošanu sakausējumu un pusvadītāju vietā.
Vācu zinātnieka secinājumu kļūdainība tika apstiprināta vēlāk, kurā nozīmīga loma tika piešķirta PSRS Zinātņu akadēmijas pusvadītāju laboratorijai. Līdz 1950. gadam tika izveidota harmoniska teorija, kas ļāva nākamo vairāku gadu laikā izveidot pirmo elektrotermisko ledusskapi. Ar salīdzinoši zemu 20% efektivitāti ierīce pazemināja temperatūru par 24 grādiem, kas vairumā gadījumu bija pietiekams mājas vajadzībām. Gadu vēlāk temperatūras starpība jau bija 60 grādi.
Fizikā pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados Peltiera elements tika uzskatīts par saldēšanas mašīnu ar freona vietā ar elektronu gāzi. Sistēma tika attiecīgi pārskatīta. Galvenais parametrs ir atdzesēšanas koeficients, laika vienībā patērētā siltuma daudzuma un tam patērētās jaudas attiecība. Mūsdienu freonu gaisa kondicionieru un ledusskapju skaits pārsniedz vienu. 50. gados Peltier elements tik tikko sasniedza 20%.
Ietekme no termodinamikas viedokļa
Peltiera efektu apraksta ar formulu, kas parāda, cik daudz enerģijas tiek nodots noteiktā elektriskās strāvas daudzumā. Izsakot to laika vienībās, tiek atrasta ierīces jauda, \u200b\u200buz kuras pamata nosaka ledusskapja vajadzības. Mūsdienās ir populāri klusie Peltier elementi procesora dzesētājiem. Neliela plāksne atdzesē kristālu un to atdzesē ar dzesētāja radiatoru. Peltier elements kalpo kā siltumsūknis, kam garantēti tiek noņemts siltums no centrālā procesora, novēršot pārkaršanu.
Formulā attēlā līdz alfai ir norādīti elementa pusložu (sastāvdaļu) termo-EMF koeficienti. T ir darba temperatūra, izteikta Kelvina grādos. Katrā elementā, kā likums, ir Thomson blakusparādība: ja caur vadītāju plūst strāva un līnijas garumā ir temperatūras gradients (virziena starpība), tad papildus džoula siltumam tiks atbrīvots arī cits siltums. Pēdējais ir nosaukts pēc Thomson. Dažās ķēdes daļās enerģija tiks absorbēta. Tas nozīmē, ka Thomson efekts spēcīgi ietekmē sildītāju un ledusskapju darbību. Bet, kā jau minēts, tas ir faktors, kas nav ņemts vērā.
No formulējumiem izriet, ka siltumizolācija starp krustojumiem būs efektīvs risinājums, lai sasniegtu maksimālu efektivitāti. Pāris izmanto pusvadītājus, kas spēj radīt termo-EML, elektriskajai strāvai jāpārvar tā pretestība. Patērētā enerģija ir proporcionāla temperatūras starpībai un vielu termo-EML koeficientu starpībai un ir atkarīga no plūstošās strāvas. Grafiki attēlo līknes, un, diferencējot tās, lai atrastu galējības, ir iespējams iegūt apstākļus maksimālās temperatūras starpības sasniegšanai (starp istabu un ledusskapi).
Attēli parāda atvasinājuma darbības rezultātus, kur tiek aprēķinātas termopāra pretestības R optimālās strāvas un ierobežojošs dzesēšanas efekta pieaugums. No šīm formulām izriet, ka ideāla automašīna izrādīsies, ja:
- Termopāra materiālu vadītspēja ir vienāda.
- Termopāra materiālu siltumvadītspēja ir vienāda.
- Termo-EML koeficienti ir vienādi, bet pretēji zīmei.
- Termopāra kāju šķērsgriezumi un garumi ir vienādi.
Šos nosacījumus ir grūti īstenot praksē. Šajā gadījumā veiktspējas ierobežojošais koeficients ir vienāds ar aukstā krustojuma temperatūras un temperatūras starpības attiecību. Atcerēsimies, ka tas ir ideālas mašīnas raksturlielums, kas patiesībā joprojām nav sasniedzams.
Kā optimizēt Peltier dzesētāju
Attēli parāda grafikus par daudzumiem, kas ietekmē Peltier elementu efektivitāti. Pirmais, kas piesaista jūsu uzmanību, ir tas, ka, palielinoties lādiņu nesēju koncentrācijai, termo-EML koeficientam ir tendence uz nulli. Tas ir atgādinājums, ka metāli netiek uzskatīti par labāko materiālu termopāru izveidošanai. No otras puses, palielinās siltumvadītspēja. Tiek uzskatīts, ka termodinamikā tas sastāv no diviem komponentiem:
- Kristāla režģa siltumvadītspēja.
- Elektroniskā siltumvadītspēja. Norādītā sastāvdaļa acīmredzamu iemeslu dēļ ir atkarīga no brīvās uzlādes nesēju koncentrācijas un rada parādītās diagrammas līknes augšanu. Kristāla režģa siltumvadītspēja praktiski nemainās.
Pētniekus interesē termo-EML koeficienta un elektriskās vadītspējas kvadrāta produkts. Minētā vērtība ir veiktspējas koeficienta izteiksmes skaitītājā. Saskaņā ar datiem ekstremitāte tiek novērota brīvo nesēju koncentrācijā no 10 līdz 19 enerģijas vienībām uz kubikcentimetru. Tas ir par trīs lielumiem, kas mazāks nekā tīrajos metālos, no kuriem tieši izriet secinājums, ka pusvadītāji kļūs par ideālu materiālu Peltiera elementiem.
Otrās sastāvdaļas īpatsvars jau ir salīdzinoši mazs līdz mazākajai pusei gar abscisu, un ir atļauts ņemt materiālus arī no šī intervāla. Dielektriķu elektriskā vadītspēja ir pārāk zema, kas izskaidro to izmantošanas neiespējamību šajā kontekstā. Tas viss ļauj noteikt iemeslu, kāpēc Altenkirha secinājumus neuztver nopietni.
Peltiera elementiem piemērota kvantu teorija
Termodinamika neļauj precīzi aprēķināt, taču tā kvalitatīvi raksturo materiālu atlases procesu Peltiera elementiem. Lai labotu situāciju, fiziķi prasa palīdzību no kvantu teorijas. Tas darbojas ar iepriekšējām vērtībām, kas izteiktas ar brīvas uzlādes nesēju koncentrāciju, ķīmisko potenciālu, Boltzmann konstanci. Šādas teorijas sauc arī par kinētiskām (vai mikroskopiskām), jo tiek ņemta vērā mazāko daļiņu iluzora un nezināma pasaule. Starp apzīmējumiem ir:
- l ir maksas nesēju vidējais bezmaksas ceļš. Atkarīgs no temperatūras. Rezultātu nosaka elektronu izkliedes mehānisma eksponents r (atomu režģiem tas ir 0; jonu un zem Debye temperatūrām - 0,5; virs Debye - 1; izkliedei ar piemaisījumu joniem - 2).
- f ir Fermi sadalījuma funkcija (virs enerģijas līmeņiem).
- x ir lādiņu nesēju samazināta kinētiskā enerģija.
Fermi funkciju integrāļi ir uzskaitīti tabulās, to aprēķināšana nav grūta. Mikroskopiskās teorijas vienādojumi ir atrisināti attiecībā uz termo-EML un elektriskās vadītspējas koeficientiem, kas ļauj atrast veiktspējas koeficientu. Šīs sarežģītās operācijas veica B.I. Bocks, kurš konstatēja, ka Seebeka koeficienta optimālā vērtība ir diapazonā no 150 līdz 400 μV / K, bet ir atkarīga no izkliedes mehānisma pakāpes. No pirmā acu uzmetiena ir skaidrs, ka metālu vērtības netiek ievērotas. Tā rezultātā Ioffe vadītā fiziķu grupa parādīja, ka vislabākajam termopāru materiālam ir jāatbilst vairākiem nosacījumiem:
- Nesēja mobilitātes maksimālā attiecība pret kristāla režģa siltumvadītspēju.
- Nesēja koncentrācija pēc formulas, kas parādīta attēlā.
V.P. Juse parāda, kurām vielām ir nepieciešamā mobilitāte. Viņu kristāla struktūra atrodas pa vidu starp atomu un metālu. Piemaisījumu ievadīšana materiālā vienmēr samazina mobilitāti. Tas izskaidro faktu, ka sakausējumu termo-emf koeficients ir lielāks nekā tīriem materiāliem. Bet piemaisījumi palielina r. Ideālai vielai, kas dabā neeksistē, termo-EML koeficientam jāpaliek nemainīgam, vienādam ar 172 μV / K. Ir nepieciešams, lai koncentrācija mainītos saskaņā ar likumiem, kas norādīti attēlā (sk. 2. punktu).
Pusvadītāji izceļas ar iespēju izvēlēties materiālus, kur lādiņnesēju koncentrācija ir atkarīga no temperatūras, un atrast tos, kuros starpība ir praktiski nulle. Apvienojot šīs īpašības, ir iespējams mēģināt atrast ideālam vistuvāko materiālu.
Ledusskapju dizains
Lai pastiprinātu efektu, Peltier elementi tiek apvienoti paralēli. Šajā gadījumā viņu spējas saskaitās. Lai izstrādātu savus ledusskapjus, jums jāzina siltuma zudumu aprēķins caur plakņu konstrukcijām. Ir izveidoti īpaši kalkulatori, daudzi no tiem ir pieejami tiešsaistē.
Projektēšana pēc nejaušības principa nav rentabla acīmredzamu iemeslu dēļ. Un labā ziņa ir tā, ka Peltier elementi pēdējos gados ir ievērojami samazinājušies. Vietnē Ali-express iegādājieties 60 W produktus no Ķīnas par 300 rubļiem. Nav grūti pārliecināties, vai 3000 var salikt ledusskapi. Un kāda temperatūra to uzturēs, ir atkarīgs no konstrukcijas, kurai nepieciešami aprēķini.
