पेल्टियर मॉड्यूल: तांत्रिक वैशिष्ट्ये. सेमीकंडक्टर पेल्टियर रेफ्रिजरेटर्स पेल्टियर प्रभावाचा वापर

कामाचा मजकूर प्रतिमा आणि सूत्रांशिवाय पोस्ट केला जातो.
पूर्ण आवृत्तीपीडीएफ फॉरमॅटमध्ये "वर्क फाइल्स" टॅबमध्ये कार्य उपलब्ध आहे

परिचय

पेल्टियर इफेक्ट ही एक थर्मोइलेक्ट्रिक घटना आहे ज्यामध्ये दोन भिन्न कंडक्टरच्या संपर्काच्या (जंक्शन) बिंदूवर विद्युत प्रवाह जातो तेव्हा उष्णता सोडली जाते किंवा शोषली जाते.

सीबेक इफेक्ट ही बंद सर्किटमध्ये ईएमएफच्या घटनेची घटना आहे. इलेक्ट्रिकल सर्किट, ज्यामध्ये मालिका-कनेक्ट केलेले भिन्न कंडक्टर असतात, ज्यामधील संपर्क भिन्न तापमानात असतात.

हे दोन्ही परिणाम 19 व्या शतकात शोधले गेले: 1834 मध्ये जे. पेल्टियर, या घटनेचे सार काही वर्षांनंतर शोधले गेले - 1838 मध्ये लेन्झ यांनी एक प्रयोग केला ज्यामध्ये त्यांनी एका विष्ठेत पाण्याचा थेंब ठेवला. बिस्मथ आणि अँटीमोनीच्या दोन रॉडचे जंक्शन. T. I. Seebeck यांनी 1821 मध्ये याच नावाचा प्रभाव शोधून काढला. 1822 मध्ये त्यांनी त्यांच्या प्रयोगांचे परिणाम "तापमानातील फरकांच्या परिस्थितीत उद्भवणाऱ्या विशिष्ट धातू आणि धातूंच्या चुंबकीय ध्रुवीकरणाच्या प्रश्नावर" या लेखात प्रकाशित केले. प्रुशियन अकादमी ऑफ सायन्सेसचे

मला या विषयात रस होता कारण 19व्या शतकात शोधलेले घटक आजही आधुनिक उपकरणांमध्ये प्रभावीपणे वापरले जातात. प्रत्येक विशिष्ट प्रकरणात आवश्यक पॅरामीटर्ससह एक घटक निवडला आहे हे असूनही, सिद्धांत आणि स्त्रोत सूचित करतात की घटक अदलाबदल करण्यायोग्य आहेत. हे खरे आहे की नाही, आम्ही आमच्या अभ्यासात तपासण्याचा विचार करतो.

समस्येचे सूत्रीकरण:

दोन्ही प्रभाव (पेल्टियर इफेक्ट आणि सीबेक इफेक्ट) आधुनिक तंत्रज्ञानामध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात आणि त्यांच्या आधारावर तयार केलेल्या घटकांचे कार्य तत्त्व शालेय भौतिकशास्त्र अभ्यासक्रमाचा भाग म्हणून समजले जाऊ शकते. दरम्यान, शालेय भौतिकशास्त्र अभ्यासक्रमात या प्रभावांचा उल्लेख नाही. या कार्यात, त्याच्या लागू महत्त्वाव्यतिरिक्त, शालेय अभ्यासक्रमात विविध वैज्ञानिक कामगिरीच्या वर्णनाच्या समावेशाशी संबंधित एक महत्त्वपूर्ण पद्धतशीर पैलू देखील आहे.

संशोधन गृहीतक:डायरेक्ट आणि इनव्हर्स पेल्टियर आणि सीबेक इफेक्ट्स वापरताना फरक आहेत.

अभ्यासाचा उद्देश:पुढे आणि उलट दिशेने वापरताना पेल्टियर प्रभाव आणि सीबेक प्रभावाची विशिष्ट वैशिष्ट्ये ओळखणे.

संशोधन उद्दिष्टे:

पेल्टियर इफेक्ट आणि सीबेक इफेक्टच्या शोधाच्या इतिहासाचा अभ्यास करा.

डायरेक्ट आणि इनव्हर्स पेल्टियर इफेक्ट, डायरेक्ट आणि इनव्हर्स सीबेक इफेक्टची वैशिष्ट्ये अभ्यासण्यासाठी.

प्रयोग आयोजित करण्यासाठी एक सेटअप तयार करा.

गृहीतकांची चाचणी घेण्यासाठी प्रयोगांची मालिका करा.

प्रयोगाच्या परिणामांचे विश्लेषण करा आणि गृहीतकेची पुष्टी झाली की नाही असा निष्कर्ष काढा.

अभ्यासाचा उद्देश:पेल्टियर घटक आणि सीबेक घटक.

अभ्यासाचा विषय:पेल्टियर प्रभावाचा थेट आणि व्यस्त प्रभाव आणि थेट आणि व्यस्त सीबेक प्रभावाची वैशिष्ट्ये.

संशोधन पद्धती

अभ्यासात खालील पद्धती वापरल्या गेल्या:

1. सैद्धांतिक:

कामात विचारात घेतलेल्या पेल्टियर आणि सीबेक प्रभावांच्या शोधाच्या इतिहासावरील माहितीच्या स्त्रोतांचे विश्लेषण,

पेल्टियर आणि सीबेक घटकांच्या ऑपरेशनच्या तत्त्वाबद्दल माहितीचे विश्लेषण,

प्राप्त प्रायोगिक डेटाचे विश्लेषण.

अपूर्ण प्रेरण: सर्व पैलू आणि अभ्यासाधीन वस्तूंच्या वैशिष्ट्यांचे संभाव्य संयोजन समाविष्ट नसलेल्या डेटावर आधारित निष्कर्ष तयार करणे.

2. अनुभवजन्य:

परिकल्पना तपासण्यासाठी प्रयोगांची मालिका आयोजित करणे.

हे संशोधन लागू केले आहे. अभ्यासाचे परिणाम पेल्टियर आणि सीबेक घटकांच्या अदलाबदलीच्या प्रभावीतेबद्दल उत्तर प्रदान करतील.

स्रोत विश्लेषण

अभ्यासाधीन परिणामांचे वर्णन करताना, सर्व स्त्रोत नमूद करतात की "पेल्टियर प्रभाव आणि त्याचा व्यस्त प्रभाव, तथाकथित सीबेक प्रभाव" आहे, तर उलट सीबेक प्रभावाचा उल्लेख नाही. या कामात, डायरेक्ट आणि इनव्हर्स पेल्टियर इफेक्ट्स शोधण्याव्यतिरिक्त आणि डायरेक्ट सीबेक इफेक्टशी इन्व्हर्स पेल्टियर इफेक्टची तुलना करणे, आम्ही इनव्हर्स सीबेक इफेक्टच्या अस्तित्वाची चाचणी करू.

परदेशी पाठ्यपुस्तके या प्रभावांच्या अभ्यासाकडे लक्ष देतात याकडे अभ्यासाधीन असलेल्या समस्येची प्रासंगिकता दर्शविली जाते. ते केवळ विचाराधीन प्रभावांचे वर्णनच देत नाहीत तर त्यांचे स्पष्टीकरण देखील देतात आणि त्यांच्या अनुप्रयोगाबद्दल देखील बोलतात.

शैक्षणिक उपकरणांच्या रशियन निर्मात्याची वेबसाइट, 3B सायंटिफिक एलएलसी, RUB 229,873.00 किमतीची प्रयोगशाळा स्थापना "सीबेक इफेक्ट" ऑफर करते. , ज्यामध्ये एक पद्धतशीर विकास संलग्न आहे. त्याचा अभ्यास केल्यावर, आम्ही या निष्कर्षावर पोहोचलो की असा प्रयोग अशा उपकरणांवर केला जाऊ शकतो ज्यासाठी इतक्या मोठ्या खर्चाची आवश्यकता नाही.

मुख्य भाग Pelte प्रभाव

पेल्टियर इफेक्ट ही दोन भिन्न कंडक्टरच्या संपर्काच्या बिंदूवर (जंक्शन) एका कंडक्टरमधून दुसर्‍या कंडक्टरमध्ये विद्युत प्रवाहाच्या उत्तीर्णतेदरम्यान ऊर्जा हस्तांतरणाची थर्मोइलेक्ट्रिक घटना आहे. हा सीबेक प्रभावाचा उलट परिणाम देखील आहे, परंतु त्याचे कार्य देखील करू शकतो.

जेव्हा एक बाजू गरम केली जाते आणि दुसरी बाजू थंड केली जाते तेव्हा हा घटक वीज तयार करू शकतो. आणि या घटकाचा उलट परिणाम देखील होतो, म्हणजे, जेव्हा हा घटक विजेशी जोडला जातो तेव्हा एक बाजू थंड होईल आणि दुसरी गरम होईल.

पेल्टियरच्या घटनेचे कारण खालीलप्रमाणे आहे. दोन पदार्थांच्या संपर्कात संपर्क संभाव्य फरक आहे, जो अंतर्गत संपर्क क्षेत्र तयार करतो. जर एखाद्या संपर्कातून विद्युत प्रवाह वाहत असेल, तर हे फील्ड एकतर विद्युत प्रवाहास सुलभ करेल किंवा त्यास अडथळा आणेल. जर संपर्क क्षेत्राच्या विरूद्ध प्रवाह वाहते, तर बाह्य स्त्रोताने खर्च करणे आवश्यक आहे अतिरिक्त ऊर्जा, जे संपर्कात सोडले जाते, ज्यामुळे ते गरम होईल. जर संपर्क क्षेत्राच्या दिशेने विद्युत प्रवाह वाहत असेल, तर त्यास या क्षेत्राद्वारे समर्थित केले जाऊ शकते, जे शुल्क हलविण्याचे काम करते. यासाठी आवश्यक ऊर्जा पदार्थातून घेतली जाते, ज्यामुळे संपर्काच्या ठिकाणी थंड होते.

सीबेक प्रभाव

सीबेक इफेक्ट ही मालिका-कनेक्ट केलेल्या भिन्न कंडक्टर असलेल्या बंद इलेक्ट्रिकल सर्किटमध्ये ईएमएफच्या घटनेची घटना आहे, ज्यामधील संपर्क भिन्न तापमानात असतात.

जर कंडक्टरच्या बाजूने तापमान ग्रेडियंट असेल, तर गरम टोकावरील इलेक्ट्रॉन थंड टोकापेक्षा जास्त ऊर्जा आणि वेग प्राप्त करतात; सेमीकंडक्टरमध्ये, या व्यतिरिक्त, वहन इलेक्ट्रॉनची एकाग्रता तापमानासह वाढते. याचा परिणाम म्हणजे गरम टोकापासून थंड टोकापर्यंत इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह. कोल्ड एंडवर नकारात्मक चार्ज जमा होतो आणि उष्ण टोकाला भरपाई न केलेला सकारात्मक चार्ज राहतो. चार्ज जमा होण्याची प्रक्रिया चालू राहते जोपर्यंत परिणामी संभाव्य फरकामुळे इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह विरुद्ध दिशेने, प्राथमिकच्या समान, ज्यामुळे समतोल स्थापित होतो.

ईएमएफ, ज्याची घटना या यंत्रणेद्वारे वर्णन केली जाते, त्याला व्हॉल्यूमेट्रिक ईएमएफ म्हणतात.

पेल्टियर आणि सीबेक घटकांची वैशिष्ट्ये

या घटकांचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे पेल्टियर घटकाचा विपरीत परिणाम होतो, परंतु सीबेक घटकावर होत नाही. आणि हे असूनही पेल्टियर घटकाचा विपरीत परिणाम सीबेक घटकाचा प्रभाव आहे.

परिणामी, सीबेक प्रभाव विविध क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरला जाऊ लागला आहे.

पेल्टियर घटक सीबेक प्रभावावर आधारित उपकरणांच्या अगदी विरुद्ध आहे. या प्रकरणात, उलटपक्षी, विद्युत प्रवाहाच्या प्रभावाखाली संरचनेच्या कार्यरत साइटवर तापमानात फरक तयार होतो. अशा प्रकारे, विद्युत प्रवाहाच्या मदतीने, उष्णता एका थर्मोकपलमधून दुसर्यामध्ये हस्तांतरित केली जाते. जेव्हा विद्युत् प्रवाहाची दिशा बदलते, तेव्हा गरम झालेली बाजू उलट स्थिती घेईल.

हा परिणाम समान चालकता असलेल्या दोन भिन्न कंडक्टरमध्ये होतो. त्या प्रत्येकामध्ये, इलेक्ट्रॉनचे ऊर्जा मूल्य वेगळे असते आणि ते एकमेकांपासून अगदी जवळच्या अंतरावर असतात. परिणामी, शुल्क एका माध्यमातून दुस-या माध्यमात हस्तांतरित केले जाईल आणि कमी पातळीच्या पार्श्वभूमीवर उच्च उर्जा असलेले इलेक्ट्रॉन क्रिस्टल जाळीला जास्त सोडून देतील, ज्यामुळे गरम होईल. ऊर्जेची कमतरता असल्यास, त्याउलट, ते क्रिस्टल जाळीतून हस्तांतरित केले जाते, ज्यामुळे जंक्शन थंड होते.

पेल्टियर प्रभाव आणि सीबेक प्रभावाचा वापर

अभ्यास केले जाणारे प्रभाव थर्मल सेन्सर्स, थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर तयार करण्यासाठी वापरले जातात आणि प्रोसेसर कूलिंग सुधारण्यासाठी संगणकांमध्ये देखील वापरले जातात.

सध्या, सीबेक प्रभाव एकात्मिक सेन्सर्समध्ये लागू केला जातो, ज्यामध्ये सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट्सच्या पृष्ठभागावर सामग्रीच्या संबंधित जोड्या जमा केल्या जातात. अशा सेन्सर्सचे उदाहरण थर्मल रेडिएशन शोधण्यासाठी थर्मोकूपल आहे. सिलिकॉनमध्ये सीबेक गुणांक बराच मोठा असल्याने, त्याच्या आधारावर अत्यंत संवेदनशील थर्मोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर तयार केले जातात.

थर्मोइलेक्ट्रिक कनवर्टर वापरताना उद्भवणार्या महत्त्वपूर्ण मर्यादांपैकी एक म्हणजे कमी कार्यक्षमता गुणांक - 3-8%. परंतु मानक पॉवर लाईन्स स्थापित करणे शक्य नसल्यास आणि नेटवर्कवरील भार कमी असणे अपेक्षित आहे, तर थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटरचा वापर पूर्णपणे न्याय्य आहे. खरं तर, सीबेक इफेक्टवर चालणारी उपकरणे विविध फील्डमध्ये वापरली जाऊ शकतात:

1. अंतराळ तंत्रज्ञानासाठी ऊर्जा पुरवठा;

2. गॅस आणि तेल उपकरणांसाठी वीज पुरवठा;

3. घरगुती जनरेटर;

4. सागरी नेव्हिगेशन सिस्टम;

5. हीटिंग सिस्टम;

6. कचरा वाहन उष्णता ऑपरेशन;

7. सौर ऊर्जा कन्व्हर्टर;

8. नैसर्गिक स्त्रोतांद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या उष्णतेचे कन्व्हर्टर (उदाहरणार्थ, भू-तापीय पाणी).

पेल्टियर प्रभाव दोन परिस्थितींमध्ये वापरला जातो: जेव्हा सामग्रीच्या जंक्शनवर उष्णता पुरवठा करणे किंवा ते काढून टाकणे आवश्यक असते, जे विद्युत् प्रवाहाची दिशा बदलून केले जाते. या मालमत्तेला त्याचा अनुप्रयोग अशा उपकरणांमध्ये सापडला आहे जेथे अचूक तापमान नियंत्रण आवश्यक आहे. पेल्टियर घटकांचा वापर अशा परिस्थितीत केला जातो जेथे तापमानातील लहान फरकाने थंड करणे आवश्यक असते किंवा कूलरची ऊर्जा कार्यक्षमता महत्त्वाची नसते. उदाहरणार्थ, पेल्टियर घटक लहान कार रेफ्रिजरेटर्समध्ये वापरले जातात, कारण या प्रकरणात कंप्रेसरचा वापर मर्यादित परिमाणांमुळे अशक्य आहे आणि त्याव्यतिरिक्त, आवश्यक शीतलक शक्ती लहान आहे.

याव्यतिरिक्त, पेल्टियर घटकांचा वापर डिजिटल कॅमेऱ्यांमध्ये चार्ज-कपल्ड डिव्हाइसेस थंड करण्यासाठी केला जातो. यामुळे, दीर्घ प्रदर्शनात (उदाहरणार्थ खगोल छायाचित्रणात) थर्मल आवाजात लक्षणीय घट होते. इन्फ्रारेड सेन्सरमध्ये रेडिएशन रिसीव्हर्स थंड करण्यासाठी मल्टीस्टेज पेल्टियर घटकांचा वापर केला जातो.

पेल्टियर घटक देखील वापरले जातात:

1. रेडिएशन तरंगलांबी स्थिर करण्यासाठी डायोड लेसरचे शीतकरण आणि तापमान नियंत्रणासाठी;

2. संगणक तंत्रज्ञानामध्ये;

3. रेडिओइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये;

4. वैद्यकीय आणि फार्मास्युटिकल उपकरणांमध्ये;

5. घरगुती उपकरणे मध्ये;

6. हवामान नियंत्रण उपकरणांमध्ये;

7. थर्मोस्टॅट्समध्ये;

8. ऑप्टिकल उपकरणांमध्ये;

9. क्रिस्टलायझेशन प्रक्रिया नियंत्रित करण्यासाठी;

10. गरम करण्याच्या उद्देशाने प्रीहीटिंग म्हणून;

11. शीतलक पेयांसाठी;

12. प्रयोगशाळा आणि वैज्ञानिक उपकरणांमध्ये;

13. बर्फ निर्मात्यांमध्ये;

14. एअर कंडिशनर्समध्ये;

15. वीज निर्माण करण्यासाठी;

16.व्ही इलेक्ट्रॉनिक मीटरपाणी वापर.

अर्थात, पेल्टियर कूलिंग डिव्हाइसेस मोठ्या प्रमाणात वापरण्यासाठी फारच योग्य नाहीत. ते खूप महाग आहेत आणि योग्य ऑपरेशन आवश्यक आहेत. आज ते प्रोसेसर ओव्हरक्लॉकर्ससाठी एक साधन आहे. तथापि, प्रोसेसरला जोरदार थंड करणे आवश्यक असल्यास, पेल्टियर कूलर हे सर्वात प्रभावी उपकरण आहेत.

सूक्ष्म पेल्टियर मॉड्युल्स थेट प्रोसेसर चिप्समध्ये एम्बेड करून त्यांची सर्वात गंभीर संरचना थंड करण्यासाठी प्रयोग केल्याच्या बातम्या आहेत. हे सोल्यूशन थर्मल प्रतिरोध कमी करून चांगले थंड होण्यास प्रोत्साहन देते आणि प्रोसेसरची ऑपरेटिंग वारंवारता आणि कार्यप्रदर्शन लक्षणीयरीत्या वाढवू शकते.

इष्टतम सुनिश्चित करण्यासाठी सिस्टम सुधारण्यासाठी कार्य करा तापमान परिस्थितीइलेक्ट्रॉनिक घटकांचे अनेक संशोधन प्रयोगशाळांद्वारे केले जाते. आणि पेल्टियर थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल्स वापरून शीतकरण प्रणाली अत्यंत आशादायक मानली जातात.

प्रायोगिक सेटअपचे वर्णन

प्रयोग आयोजित करण्यासाठी, आवश्यक डेटा प्राप्त करण्यासाठी एक सेटअप तयार केला गेला.

वातावरणासह उष्णता विनिमय कमी करण्यासाठी, थर्मोस्टॅट तयार करणे आवश्यक आहे. प्रायोगिक स्थापनेत, बांधकामादरम्यान वापरल्या जाणार्‍या थर्मल इन्सुलेशन सामग्रीच्या मदतीने हे साध्य केले गेले, ज्यामध्ये दोन बाथ तयार केले गेले, एका प्रकरणात पेल्टियर घटकांद्वारे वेगळे केले गेले, तर दुसऱ्या प्रकरणात सीबेक घटकाद्वारे. आंघोळीसाठी वॉटरप्रूफ ज्यूस बॉक्सचा वापर केला जात असे. ग्लू गन वापरुन घटकांचे वॉटरप्रूफिंग साध्य केले गेले.

प्रयोग आयोजित करण्यासाठी, समान वैशिष्ट्यांसह पेल्टियर आणि सीबेक घटक निवडले गेले: ऑपरेटिंग व्होल्टेज आणि पॉवर.

तापमान रेकॉर्ड करण्यासाठी मल्टीमीटर मोजण्याचे साधन म्हणून वापरले गेले.

व्होल्टेज व्हॅल्यू मल्टीमीटर किंवा व्होल्टमीटर वापरून देखील घेतले होते.

प्रायोगिक पद्धत

अभ्यास केल्या जात असलेल्या घटकांवर अवलंबून, एकतर वेगवेगळ्या तापमानाचे पाणी आंघोळीच्या वेगवेगळ्या भागांमध्ये ओतले गेले (थेट सीबेक प्रभाव आणि व्यस्त पेल्टियर प्रभाव), किंवा थेट पेल्टियर प्रभाव आणि व्यस्त सीबेक प्रभाव शोधण्यासाठी समान तापमानाचे पाणी).

तापमान सेन्सर रीडिंग टेबलमध्ये (परिशिष्ट 1) प्रविष्ट केले गेले, ज्याच्या आधारावर तापमान विरुद्ध व्होल्टेजचे आलेख तयार केले गेले.

प्रत्येक प्रयोग 7-10 मिनिटांसाठी केला गेला.

प्रयोगाचे परिणाम

चार प्रयोगांदरम्यान मिळालेल्या माहितीच्या आधारे आलेख तयार करण्यात आले

प्रयोगादरम्यान, संबंधित घटकांसाठी थेट सीबेक प्रभाव आणि व्यस्त पेल्टियर प्रभाव पाहिला जातो, ज्यावरील व्होल्टेज मूल्ये अंदाजे समान असतात. आलेखावरून पाहिल्याप्रमाणे, पृष्ठभागाच्या तापमानातील फरकावरील घटकावरील व्होल्टेजचे अवलंबित्व समान आहे. अर्थातील फरक वस्तूंच्या वैशिष्ट्यांमधील फरकामुळे होतो.

डायरेक्ट पेल्टियर इफेक्ट आणि इनव्हर्स सीबेक इफेक्टची तुलना

उलटा सीबेक प्रभाव

आलेखावरून पाहिल्याप्रमाणे, डिव्हाइसच्या डिझाइन वैशिष्ट्यांशी संबंधित त्रुटी लक्षात घेऊन (सूचनांमध्ये दर्शविलेल्या), आम्ही असे गृहीत धरू शकतो की प्रयोगादरम्यान तापमान बदलले नाही, जे सूचित करते की उलट सीबेक प्रभाव नव्हता. नोंदणीकृत

ट्रेंड लाइनच्या जोडणीसह आलेखाद्वारे याचा न्याय केला जाऊ शकतो

थेट पेल्टियर प्रभाव

प्रयोगाने थेट पेल्टियर प्रभावाच्या उपस्थितीची पुष्टी केली: आंघोळीच्या एका भागात तापमान वाढले, दुसऱ्या भागात ते कमी झाले.

पेल्टियर घटकाच्या दोन बाजूंमधील तापमानाच्या फरकातील बदलांच्या विश्लेषणातून असाच निष्कर्ष निघतो.

निष्कर्ष:

पेल्टियर घटकाचे थेट आणि उलट दोन्ही प्रभाव आहेत. Seebeck घटक फक्त पुढे दिशेने वापरला जाऊ शकतो.

निष्कर्ष

अभ्यासावर काम करताना, उपलब्ध स्त्रोतांच्या आधारे, थेट आणि व्यस्त पेल्टियर प्रभावाचा इतिहास आणि वैशिष्ट्ये, थेट आणि व्यस्त सीबेक प्रभावाचा अभ्यास केला गेला.

प्रभावी इंस्टॉलेशनच्या निर्मितीमुळे नियोजित प्रयोग उच्च-गुणवत्तेने पार पाडणे शक्य झाले आणि पुढे मांडलेल्या गृहीतकाची पुष्टी केली.

पुढे आणि उलट दिशानिर्देशांमध्ये वापरल्यास पेल्टियर प्रभाव आणि सीबेक प्रभावाची विशिष्ट वैशिष्ट्ये या अभ्यासाने प्रकट केली.

रिव्हर्स सीबेक इफेक्टच्या अनुपस्थितीबद्दलची धारणा पूर्णपणे पुष्टी झाली. या विधानाच्या आधारे, हे लक्षात ठेवले पाहिजे की पेल्टियर आणि सीबेक घटक हे त्यांच्या हेतूसाठी वापरले जातात तेव्हा ते अधिक प्रभावी असतात, जरी थेट सीबेक प्रभाव आणि उलट पेल्टियर प्रभाव वापरणे शक्य आहे. जरी संरचनात्मक समानता असली तरीही, तंत्रज्ञानाचे पालन करण्यासाठी, एखाद्या विशिष्ट प्रभावासह कार्य करणे आवश्यक आहे.

पेल्टियर इफेक्टचा तपशीलवार अभ्यास केल्यानंतर, आम्ही निष्कर्ष काढू शकतो: पेल्टियर प्रभावाच्या वापरासाठी अतिरिक्त उपाय आणि संशोधन आवश्यक असूनही पेल्टियर मॉड्यूल्सच्या कूलिंग डिव्हाइसेसच्या सुरक्षित आणि तर्कसंगत वापराचा अभ्यास करणे आवश्यक आहे, ही घटना अत्यंत आशादायक आहे.

वापरलेल्या संदर्भांची यादी

1. लांडौ L.D., Lifshits E.M. सैद्धांतिक भौतिकशास्त्र: पाठ्यपुस्तक. मॅन्युअल: विद्यापीठांसाठी. 10. खंड T. VIII मध्ये. सतत माध्यमांचे इलेक्ट्रोडायनामिक्स. - चौथी आवृत्ती., स्टिरिओट.-एम.: फिझमॅटलिट, 2000. - 656 पी.

2. नरकेविच I.I. भौतिकशास्त्र: पाठ्यपुस्तक/ I.I. नरकेविच, ई.आय. वोम्ल्यान्स्की, S.I. सार्वजनिकरित्या. - एमएन.: नवीन ज्ञान, 2004. - 680 पी.

3. रोवेल जी., हर्बर्ट एस. भौतिकशास्त्र / अनुवाद. इंग्रजीतून द्वारा संपादित व्ही.जी. रझुमोव्स्की. - एम.: शिक्षण, 1994. - 576 पी.: आजारी.

4. शिवुखिन एस.डी. भौतिकशास्त्राचा सामान्य अभ्यासक्रम. - एम.: नौका, 1977. - T.3. वीज.- P.490-494.

5.. भौतिकशास्त्र: विश्वकोश./ अंतर्गत. एड. यु.व्ही. प्रोखोरोवा. - एम.: बोलशाया रशियन एनसायक्लोपीडिया, 2003. - 944 पी.: आजारी., 2 एल. रंग

6. भौतिक विश्वकोश, खंड 5. स्ट्रोबोस्कोपिक उपकरणे - चमक / Ch. एड आहे. प्रोखोरोव्ह. एड. कर्नल: डी.एम. बाल्डिन, ग्रेट रशियन एनसायक्लोपीडिया, 1998. - 760 पी.

7. व्लादिमीर लँक, मिरोस्लाव वोंड्रा. फिजिका वि कोके. - सेस्का रिपब्लिका: फ्रॅगमेंट, 2000. - 120 पी. माध्यमिक शाळेसाठी पाठ्यपुस्तक, स्लोव्हाक प्रजासत्ताक.

8. त्सोकोस के.ए. IB डिप्लोमा साठी भौतिकशास्त्र. पाचवी आवृत्ती. - यूके: केंब्रिज युनिव्हर्सिटी प्रेस, 2004. - 850 पी. आंतरराष्ट्रीय स्तरावरील कार्यक्रमासाठी पाठ्यपुस्तक

9. कंपनीची वेबसाइट 3bscientific. [इलेक्ट्रॉनिक संसाधन]// https://www.3bscientific.ru/laboratory-installation-seebeck-effect-8000731-ue6020500-230,p_1440_28886.html (प्रवेशाची तारीख: 18 फेब्रुवारी 2018)

परिशिष्ट 1. प्रायोगिक परिणाम

प्रयोग 1. थेट सीबेक प्रभाव

वेळ टी, एस	तापमान फरक Δ t, o C	व्होल्टेज यू, व्ही

प्रयोग 2. रिव्हर्स पेल्टियर इफेक्ट

वेळ टी, एस	तापमान थंड पाणी t x, o C	गरम पाण्याचे तापमान tg, o C	तापमान फरक Δ t, o C	व्होल्टेज यू, व्ही

प्रयोग 3: रिव्हर्स सीबेक प्रभाव

वेळ टी, एस	थंड पाण्याचे तापमान tx, o C	गरम पाण्याचे तापमान tg, o C	तापमान फरक Δ t, o C	विद्युतदाब

प्रयोग 4. डायरेक्ट पेल्टियर प्रभाव

वेळ टी, एस	थंड पाण्याचे तापमान tx, o C	गरम पाण्याचे तापमान tg, o C	तापमान फरक Δ t, o C	व्होल्टेज यू, व्ही

परिशिष्ट 2. स्थापनेचा फोटो

पेल्टियर इफेक्ट असा आहे की जेव्हा विद्युत प्रवाह सर्किटमधून जातो, तेव्हा भिन्न कंडक्टरच्या संपर्कात, ज्युल उष्णता व्यतिरिक्त, पेल्टियर उष्णता सोडली जाते किंवा शोषली जाते. पेल्टियर उष्णतेचे प्रमाण Q pचार्ज करण्यासाठी आनुपातिक ते, संपर्कातून उत्तीर्ण झाले

कुठे पी- पेल्टियर गुणांक.

आपण प्रवाहाची दिशा बदलल्यास, थंड आणि गरम संपर्क ठिकाणे बदलतील.

पेल्टियर आणि सीबेक इफेक्ट्समध्ये थेट संबंध आहे: तापमानातील फरकामुळे भिन्न कंडक्टर असलेल्या सर्किटमध्ये विद्युत प्रवाह निर्माण होतो आणि अशा सर्किटमधून जाणारा प्रवाह संपर्कांमधील तापमानात फरक निर्माण करतो. हे नाते थॉमसन समीकरणाने व्यक्त केले आहे

मेटल-एन-सेमीकंडक्टर-मेटल सर्किट वापरून पेल्टियर प्रभावाची यंत्रणा सर्वात सोप्या आणि स्पष्टपणे स्पष्ट केली जाऊ शकते; पिन कुठे आहेत तटस्थ. या प्रकरणात, मेटल आणि सेमीकंडक्टरचे कार्य कार्य समान आहेत, तेथे कोणतेही बँड बेंड आणि कमी होणे किंवा संवर्धन स्तर नाहीत. समतोल स्थितीत, धातूचे फर्मी स्तर आणि अर्धसंवाहक समान उंचीवर स्थित असतात आणि वहन बँडचा तळ धातूच्या फर्मी पातळीच्या वर स्थित असतो, म्हणून, धातूपासून सेमीकंडक्टरकडे जाणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांसाठी, उंचीचा संभाव्य अडथळा आहे - ई fp(चित्र 7.12, ए).

ए) b)

तांदूळ. ७.१२. ऊर्जा सर्किट आकृती धातू-एन-सेमिकंडक्टर - धातू:

ए- समतोल स्थिती; b- विद्युत प्रवाह.

सर्किटमध्ये संभाव्य फरक लागू करू यू(चित्र 7.12, b). हा संभाव्य फरक प्रामुख्याने उच्च प्रतिकार असलेल्या क्षेत्रामध्ये पडेल, म्हणजे. सेमीकंडक्टरमध्ये, जेथे पातळीच्या उंचीमध्ये सतत बदल होईल. उजवीकडून डावीकडे निर्देशित केलेल्या सर्किटमध्ये इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह दिसतो.

योग्य संपर्कातून जात असताना, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा वाढवणे आवश्यक आहे. विखुरण्याच्या प्रक्रियेच्या परिणामी क्रिस्टल जाळीद्वारे ही ऊर्जा इलेक्ट्रॉनमध्ये हस्तांतरित केली जाते, ज्यामुळे या प्रदेशातील जाळीच्या थर्मल कंपनांमध्ये घट होते, म्हणजे. उष्णता शोषण करण्यासाठी. डाव्या संपर्कात उलट प्रक्रिया होते - इलेक्ट्रॉनद्वारे अतिरिक्त उर्जेचे हस्तांतरण ई पीएफक्रिस्टल जाळी.

हे लक्षात घेतले पाहिजे की समतोल चार्ज वाहक, इंटरफेस ओलांडल्यानंतर, समतुल्य नसतात आणि क्रिस्टल जाळीसह उर्जेची देवाणघेवाण केल्यानंतरच समतोल बनतात.

या विचारांच्या आधारे, आम्ही पेल्टियर गुणांकाचा अंदाज लावू. धातूच्या चालकतेमध्ये फर्मी स्तराजवळ स्थित इलेक्ट्रॉन असतात, ज्याची सरासरी उर्जा फर्मी उर्जेच्या जवळपास असते. नॉन-डिजनरेट सेमीकंडक्टरमध्ये वहन इलेक्ट्रॉनची सरासरी ऊर्जा

कुठे आर- घातांक अवलंबून λ ~इ आर.

अशाप्रकारे, संपर्कातून जाणारा प्रत्येक इलेक्ट्रॉन जितकी ऊर्जा मिळवतो किंवा गमावतो

या ऊर्जेला इलेक्ट्रॉन चार्जने विभाजित केल्याने आपल्याला पेल्टियर गुणांक मिळतो

किंवा (७.८०) आणि (७.७३) विचारात घेऊन

मेटल-पी-सेमिकंडक्टर संपर्कासाठी समान संबंध मिळू शकतो

येथे एन सीआणि एन व्ही- वहन बँड आणि व्हॅलेन्स बँडमधील राज्यांची प्रभावी घनता (विभाग 5.3).

मेटल-टू-मेटल संपर्कासाठी, पेल्टियर गुणांक वापरून निर्धारित केला जाऊ शकतो (7.79)

पी 12 =(α 1 -α 2)ट, (7.85)

किंवा α साठी अभिव्यक्ती लक्षात घेऊन

कुठे इ च 1 आणि इ च 2 - धातूंमध्ये फर्मी पातळी.

प्रभावाच्या घटनेच्या यंत्रणेचे विश्लेषण दर्शविते की मेटल-मेटल संपर्कासाठी पेल्टियर गुणांक मेटल-सेमीकंडक्टर संपर्काच्या बाबतीत लक्षणीयरीत्या लहान आहे (परिच्छेद 7.1, 7.2 पहा).

भिन्न अर्धसंवाहकांमधील संपर्कात, उलटपक्षी, पेल्टियर गुणांक लक्षणीयरीत्या जास्त असल्याचे दिसून येते, जे p-n जंक्शनच्या सीमेवरील उच्च संभाव्य अडथळामुळे होते. याव्यतिरिक्त, अशा सर्किटमध्ये एक संक्रमण पुढे दिशेने जोडलेले असते आणि दुसरे उलट दिशेने. पहिल्या प्रकरणात, ते प्रचलित आहे पुनर्संयोजनइलेक्ट्रॉन-होल जोड्या आणि अतिरिक्त उष्णता सोडणे, आणि दुसऱ्यामध्ये उद्भवते पिढीस्टीम आणि त्यानुसार, समान प्रमाणात उष्णता शोषून घेणे.

विद्युत प्रवाहाच्या दरम्यान संपर्काचा शीतकरण प्रभाव महत्त्वपूर्ण व्यावहारिक महत्त्व आहे, कारण ते इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे थंड करण्यासाठी थर्मोइलेक्ट्रिक रेफ्रिजरेटर्स आणि उपकरणांच्या आधारभूत घटकांसाठी थर्मल स्टॅबिलायझर्स तयार करण्यास अनुमती देते. विविध कूलिंग रॅक देखील तयार केले जातात, जीवशास्त्र आणि औषधांमध्ये वापरले जातात.

फंक्शनल थर्मल इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये, हा प्रभाव थर्मल पल्स - माहिती वाहक तयार करण्यासाठी वापरला जातो.

पेल्टियर घटक हे विशेष थर्मोइलेक्ट्रिक कन्व्हर्टर आहेत जे पेल्टियर तत्त्वावर कार्य करतात. (विद्युत प्रवाह जोडलेले असताना तापमानातील फरकाची निर्मिती, दुसऱ्या शब्दांत, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर).

ऑपरेशन दरम्यान इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे गरम होतात हे रहस्य नाही. गरम केल्याने कामाच्या प्रक्रियेवर नकारात्मक परिणाम होतो, म्हणूनच, डिव्हाइसेस थंड करण्यासाठी, डिव्हाइस बॉडीमध्ये विशेष घटक तयार केले जातात, ज्याला फ्रान्समधील शोधक - पेल्टियर म्हणतात. हा एक लहान-आकाराचा घटक आहे जो डिव्हाइस बोर्डवरील रेडिओ घटक थंड करू शकतो. ते स्वतः स्थापित केल्याने कोणतीही समस्या उद्भवणार नाही; सर्किटमध्ये स्थापना नियमित सोल्डरिंग लोहाने केली जाते.

1 — सिरॅमिक इन्सुलेटर
2 - एन-प्रकार कंडक्टर
3 - पी-प्रकार कंडक्टर
4 - कॉपर कंडक्टर

सुरुवातीच्या काळात, शीतकरण समस्यांमध्ये कोणालाही रस नव्हता, म्हणून हा शोध वापरात नव्हता. दोन शतकांनंतर, दैनंदिन जीवनात आणि उद्योगात इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे वापरताना, फ्रेंच शोधकाच्या प्रभावाची आठवण करून, सूक्ष्म पेल्टियर घटकांचा वापर केला जाऊ लागला.

ऑपरेटिंग तत्त्व

पेल्टियरच्या शोधावर आधारित घटक कसे कार्य करतात हे समजून घेण्यासाठी, भौतिक प्रक्रिया समजून घेणे आवश्यक आहे. प्रवाहकीय गुणधर्मांसह दोन सामग्री एकत्र करणे हा प्रभाव आहे ज्यांच्या वहन क्षेत्रामध्ये भिन्न इलेक्ट्रॉन ऊर्जा आहेत. जेव्हा विद्युत प्रवाह कपलिंग झोनशी जोडला जातो, तेव्हा इलेक्ट्रॉनला दुसऱ्या सेमीकंडक्टरच्या उच्च चालकता झोनमध्ये जाण्यासाठी उच्च ऊर्जा मिळते. जसे ऊर्जा शोषली जाते, कंडक्टर थंड होतात. जेव्हा विद्युत् प्रवाह उलट दिशेने वाहतो तेव्हा संपर्क गरम करण्याचा नेहमीचा परिणाम होतो.

सर्व काम सामग्रीच्या अणू जाळीच्या पातळीवर चालते. कार्य अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी, कणांपासून बनलेल्या वायूची कल्पना करूया - फोनॉन. गॅस तापमान पॅरामीटर्सवर अवलंबून असते:

धातूचे गुणधर्म.
सभोवतालचे तापमान.

आम्ही असे गृहीत धरतो की धातूमध्ये इलेक्ट्रॉन आणि फोनॉन वायूंचे मिश्रण असते जे थर्मोडायनामिक समतोल असते. जेव्हा भिन्न तापमानाच्या दोन धातूंना स्पर्श होतो तेव्हा थंड इलेक्ट्रॉन वायू उबदार धातूमध्ये जातो. संभाव्य फरक निर्माण होतो.

संपर्काच्या जंक्शनवर, इलेक्ट्रॉन फोनॉन ऊर्जा शोषून घेतात आणि ती फोनॉनमध्ये इतर धातूमध्ये हस्तांतरित करतात. वर्तमान स्त्रोताचे ध्रुव बदलताना, संपूर्ण प्रक्रिया उलट केली जाईल. उच्च क्षमता असलेले मुक्त इलेक्ट्रॉन उपलब्ध होईपर्यंत तापमानातील फरक वाढेल. त्यांच्या अनुपस्थितीत, धातूंचे तापमान समान होईल.

जर तुम्ही पेल्टियर प्लेटच्या एका बाजूला रेडिएटरच्या स्वरूपात उच्च-गुणवत्तेचे उष्णता सिंक स्थापित केले तर प्लेटच्या दुसऱ्या बाजूला कमी तापमान तयार होईल. ते आसपासच्या हवेपेक्षा अनेक दहा अंश कमी असेल. वर्तमान मूल्य जितके जास्त असेल तितके कूलिंग अधिक मजबूत होईल. जेव्हा विद्युत् प्रवाहाची ध्रुवीयता उलट असते, तेव्हा थंड आणि उबदार बाजू एकमेकांशी देवाणघेवाण करतात.

पेल्टियर घटक धातूशी जोडताना, प्रभाव क्षुल्लक बनतो, म्हणून दोन घटक व्यावहारिकरित्या स्थापित केले जातात. त्यांची संख्या कोणतीही असू शकते, ती कूलिंग पॉवरच्या गरजेवर अवलंबून असते.

पेल्टियर इफेक्टची परिणामकारकता धातूंचे गुणधर्म किती अचूकपणे निवडले जातात, डिव्हाइसमधून वाहणार्या विद्युत् प्रवाहाची ताकद आणि उष्णता काढून टाकण्याचा दर यावर अवलंबून असते.

वापराची व्याप्ती

पेल्टियर घटक व्यावहारिकपणे लागू करण्यासाठी, शास्त्रज्ञांनी अनेक प्रयोग केले ज्यामध्ये असे दिसून आले की दोन सामग्रीच्या कनेक्शनची संख्या वाढवून उष्णता काढून टाकण्यात वाढ होते. सामग्रीच्या जंक्शनची संख्या जितकी जास्त असेल तितका प्रभाव जास्त. आपल्या जीवनात बहुतेकदा, अशा घटकाचा वापर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे थंड करण्यासाठी आणि मायक्रोसर्किट्समध्ये तापमान कमी करण्यासाठी केला जातो.

येथे त्यांचे काही उपयोग आहेत:

नाईट व्हिजन उपकरणे.
डिजिटल कॅमेरे, कम्युनिकेशन उपकरणे, मायक्रोसर्किट ज्यांना चांगल्या चित्र प्रभावासाठी उच्च-गुणवत्तेचे शीतकरण आवश्यक आहे.
थंड दुर्बिणी.
एअर कंडिशनर्स.
क्वार्ट्ज इलेक्ट्रिकल ऑसीलेटर्ससाठी अचूक घड्याळ कूलिंग सिस्टम.
रेफ्रिजरेटर्स.
वॉटर कुलर.
कार रेफ्रिजरेटर्स.
व्हिडिओ कार्ड.

पेल्टियर घटक बहुतेकदा रेफ्रिजरेशन आणि एअर कंडिशनिंग सिस्टममध्ये वापरले जातात. बर्यापैकी कमी तापमान प्राप्त करणे शक्य आहे, जे वाढीव हीटिंगसह कूलिंग उपकरणांसाठी वापरण्याची शक्यता उघडते.

सध्या, तज्ञ ध्वनिक प्रणालींमध्ये पेल्टियर घटक वापरतात जे कूलर म्हणून कार्य करतात. पेल्टियर घटक कोणतेही आवाज तयार करत नाहीत, म्हणून नीरवपणा हा त्यांच्या फायद्यांपैकी एक आहे. हे तंत्रज्ञान त्याच्या शक्तिशाली उष्णता हस्तांतरणामुळे लोकप्रिय झाले आहे. द्वारे उत्पादित केलेले घटक आधुनिक तंत्रज्ञान, कॉम्पॅक्ट परिमाणे आहेत, कूलिंग रेडिएटर्स एक विशिष्ट तापमान बर्याच काळासाठी राखतात.

घटकांचा फायदा म्हणजे त्यांचे दीर्घ सेवा आयुष्य, कारण ते मोनोलिथिक बॉडीच्या स्वरूपात बनविलेले आहेत, खराबी संभव नाही. साधी रचनासामान्यपणे वापरला जाणारा प्रकार सोपा आहे, त्यात टर्मिनल्स आणि तारा, सिरेमिक इन्सुलेशनसह दोन तांबे वायर असतात.

अर्जाच्या ठिकाणांची ही एक छोटी यादी आहे. हे घरगुती उपकरणे, संगणक आणि कार समाविष्ट करण्यासाठी विस्तारत आहे. उच्च कार्यक्षमतेसह कूलिंग मायक्रोप्रोसेसरमध्ये पेल्टियर घटकांचा वापर लक्षात घेऊ शकतो. पूर्वी, त्यांच्यामध्ये फक्त पंखे बसवले जात होते. आता, पेल्टियर घटकांसह मॉड्यूल स्थापित करताना, डिव्हाइसेसच्या ऑपरेशनमधील आवाज लक्षणीय प्रमाणात कमी झाला आहे.

पारंपारिक रेफ्रिजरेटर्समधील कूलिंग सर्किट्स पेल्टियर इफेक्ट वापरून सर्किटमध्ये बदलतील का? आज हे क्वचितच शक्य आहे, कारण घटकांची कार्यक्षमता कमी आहे. त्यांची किंमत देखील रेफ्रिजरेटरमध्ये त्यांचा वापर करण्यास परवानगी देत नाही, कारण ती खूप जास्त आहे. ही दिशा कशी विकसित होते हे येणारा काळच दर्शवेल. आज, रचना आणि गुणधर्मांमध्ये समान असलेल्या ठोस उपायांसह प्रयोग केले जात आहेत. त्यांचा वापर करताना, कूलिंग मॉड्यूलची किंमत कमी होऊ शकते.

पेल्टियर घटकांचा उलट परिणाम

या प्रकारच्या तंत्रज्ञानाची खासियत आहे मनोरंजक माहिती. पेल्टियर मॉड्यूल प्लेट थंड करून आणि गरम करून विद्युत प्रवाह निर्माण करण्याचा हा परिणाम आहे. दुसऱ्या शब्दांत, ते जनरेटर म्हणून काम करते विद्युत ऊर्जा, उलट परिणामासह.

असे वीज जनरेटर अजूनही पूर्णपणे सैद्धांतिकदृष्ट्या अस्तित्वात आहेत, परंतु आम्ही या दिशेने भविष्यातील विकासाची आशा करू शकतो. एका वेळी, फ्रेंच शोधकाला त्याच्या शोधासाठी कोणताही अनुप्रयोग सापडला नाही.

आज हा थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरला जातो. अर्जाची व्याप्ती सतत विस्तारत आहे, जी संशोधक आणि शास्त्रज्ञांच्या अहवाल आणि अनुभवांद्वारे पुष्टी केली जाते. भविष्यात, घरगुती आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये प्रगत नाविन्यपूर्ण क्षमता असतील. रेफ्रिजरेटर्स संगणकाप्रमाणेच शांत होतील. दरम्यान, रेडिओ घटक थंड करण्यासाठी पेल्टियर मॉड्यूल वेगवेगळ्या सर्किट्समध्ये बसवले जातात.

फायदे आणि तोटे

पेल्टियर घटकांच्या फायद्यांमध्ये खालील तथ्ये समाविष्ट आहेत:

घटकांचे कॉम्पॅक्ट हाऊसिंग ते रेडिओ घटकांसह बोर्डवर माउंट करण्याची परवानगी देते.
कोणतेही हलणारे किंवा घासणारे भाग नाहीत, ज्यामुळे त्याची सेवा आयुष्य वाढते.
एका कॅस्केडमध्ये अनेक घटकांच्या कनेक्शनला अनुमती देते, एका योजनेनुसार जे आपल्याला खूप गरम भागांचे तापमान कमी करण्यास अनुमती देते.
जेव्हा पुरवठा व्होल्टेजची ध्रुवीयता बदलली जाते, तेव्हा घटक उलट क्रमाने कार्य करेल, म्हणजेच, थंड आणि गरम बाजू ठिकाणे बदलतील.

तोटे खालील समाविष्टीत आहे:

आवश्यक तापमान फरक साध्य करण्यासाठी पुरवठा केलेल्या प्रवाहाच्या वाढीवर प्रभाव टाकणारा अपुरा क्रिया गुणांक.
थंड पृष्ठभागावरून उष्णता काढून टाकण्यासाठी एक जटिल प्रणाली.

रेफ्रिजरेटरसाठी पेल्टियर घटक कसे बनवायचे

आपण असे पेल्टियर घटक स्वत: त्वरीत आणि सहज बनवू शकता. प्रथम आपल्याला प्लेट्सच्या सामग्रीवर निर्णय घेण्याची आवश्यकता आहे. तापमानातील सर्वात जास्त फरक सुनिश्चित करण्यासाठी टिकाऊ सिरॅमिक्सपासून बनवलेल्या घटकांच्या प्लेट्स घेणे आवश्यक आहे, कंडक्टर 20 पेक्षा जास्त तुकड्यांमध्ये तयार करणे आवश्यक आहे. पुरेशा प्रमाणात कार्यक्षमता घटकांसह, रेफ्रिजरेटरच्या कार्यक्षमतेत लक्षणीय वाढ होईल.

वापरलेल्या रेफ्रिजरेटरची शक्ती मोठी भूमिका बजावते. जर ते लिक्विड फ्रीॉनवर कार्य करते, तर कार्यक्षमतेत कोणतीही अडचण येणार नाही. एलिमेंट प्लेट्स बाष्पीभवनाजवळ माउंट केल्या जातात, इंजिनसह एकत्र बसविल्या जातात. अशा स्थापनेसाठी आपल्याला गॅस्केट आणि साधनांचा विशिष्ट संच आवश्यक असेल. यामुळे रेफ्रिजरेटरचा तळ लवकर थंड होईल याची खात्री होईल.

कंडक्टरचे काळजीपूर्वक इन्सुलेशन आवश्यक आहे, त्यानंतरच ते कंप्रेसरशी जोडलेले आहेत. स्थापना पूर्ण केल्यानंतर, आपल्याला मल्टीमीटरसह व्होल्टेज तपासण्याची आवश्यकता आहे. घटक खराब झाल्यास (उदाहरणार्थ, शॉर्ट सर्किट), थर्मोस्टॅट कार्य करेल.

थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल्सचे इतर अनुप्रयोग

भौतिकशास्त्राच्या नियमांमुळे आज पेल्टियर मॉड्यूलस प्रभाव वापरला जातो. मूक आणि जलद उष्णता विनिमय आवश्यक असल्यास घटकांची अतिरिक्त ऊर्जा नेहमीच उपयुक्त असते.

मुख्य ठिकाणे जेथे मॉड्यूल वापरले जातात:

मायक्रोप्रोसेसरचे कूलिंग.
अंतर्गत ज्वलन इंजिन एक्झॉस्ट गॅसेस तयार करतात, ज्याचा वापर शास्त्रज्ञांनी थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल्स वापरून सहाय्यक ऊर्जा निर्माण करण्यासाठी सुरू केला आहे. अशाप्रकारे मिळालेली ऊर्जा पुन्हा विजेच्या स्वरूपात मोटरला पुरवली जाते. त्यामुळे इंधनाची बचत होते.
घरगुती उपकरणांमध्ये जे गरम किंवा थंड होण्यावर कार्य करतात.

कूलिंग कूलर हीटर बनू शकतो आणि डीसी ध्रुवीयता उलट झाल्यास रेफ्रिजरेटर हीटिंग कॅबिनेट म्हणून काम करू शकते. याला रिव्हर्सिबल इफेक्ट म्हणतात.

हे तत्त्व पुनर्प्राप्तीमध्ये वापरले जाते. यात दोन चेंबरचा एक बॉक्स असतो. ते पंख्याने एकमेकांशी जोडलेले असतात. पेल्टियर घटक खोलीच्या आतल्या उबदार हवेतून मिळवलेल्या ऊर्जेचा वापर करून बाहेरून येणारी थंड हवा गरम करतात. हे डिव्हाइस स्पेस हीटिंग खर्च वाचवते.

पेल्टियर प्रभाव पेल्टियर प्रभाव

दोन भिन्न कंडक्टरच्या संपर्कातून (जंक्शन) विद्युत प्रवाह जातो तेव्हा उष्णता सोडणे किंवा शोषून घेणे. उष्णतेचे प्रमाण विद्युत् प्रवाहाच्या सामर्थ्याच्या प्रमाणात असते. रेफ्रिजरेशन युनिट्समध्ये वापरले जाते. जे. पेल्टियर यांनी 1834 मध्ये उघडले.

पेल्टियर प्रभाव

थर्मोइलेक्ट्रिक घटनांसाठी पेल्टियर प्रभाव (सेमी.थर्मोइलेक्ट्रिक घटना), जेव्हा विद्युत प्रवाह दोन भिन्न कंडक्टरच्या संपर्कातून (जंक्शन) जातो तेव्हा उष्णता सोडणे किंवा शोषून घेणे समाविष्ट असते. पेल्टियर प्रभाव सीबेक प्रभावाचा उलट आहे (सेमी. SEEBECK प्रभाव).
जे. पेलेटियर यांनी 1834 मध्ये शोधले (सेमी.पेल्टियर जीन चार्ल्स अटानाझ), ज्याने शोधून काढले की जेव्हा विद्युत प्रवाह दोन भिन्न कंडक्टरच्या जंक्शनमधून जातो तेव्हा जंक्शनचे तापमान बदलते. 1838 मध्ये E. H. Lenz (सेमी.लेन्झ एमिली क्रिस्तियानोविच)पुरेशा उच्च प्रवाहाने प्रवाहाची दिशा बदलून जंक्शनवर लावलेल्या पाण्याचा थेंब गोठवणे किंवा उकळणे शक्य आहे हे दाखवून दिले.
पेल्टियर इफेक्टचा सार असा आहे की जेव्हा विद्युत प्रवाह दोन धातू किंवा अर्धसंवाहकांच्या संपर्कातून त्यांच्या संपर्काच्या क्षेत्रामध्ये जातो, तेव्हा नेहमीच्या जौल उष्णतेव्यतिरिक्त, अतिरिक्त प्रमाणात उष्णता सोडली जाते किंवा शोषली जाते, ज्याला पेल्टियर म्हणतात. उष्णता Q p. जौल उष्णतेच्या उलट, जी चौरस विद्युत् शक्तीच्या प्रमाणात असते, Q p चे मूल्य विद्युत् प्रवाहाच्या पहिल्या शक्तीच्या प्रमाणात असते.
Q p = P. I. ट.
टी - वर्तमान रस्ता वेळ,
मी - वर्तमान शक्ती.
P हा पेल्टियर गुणांक आहे, एक आनुपातिकता गुणांक जो संपर्क तयार करणाऱ्या सामग्रीच्या स्वरूपावर अवलंबून असतो. सैद्धांतिक संकल्पनांमुळे वहन इलेक्ट्रॉनच्या सूक्ष्म वैशिष्ट्यांद्वारे पेल्टियर गुणांक व्यक्त करणे शक्य होते.
पेल्टियर गुणांक P = T Da, जेथे T हे परिपूर्ण तापमान आहे आणि Da हा कंडक्टरच्या थर्मोइलेक्ट्रिक गुणांकातील फरक आहे. पेल्टियर उष्णता सोडली किंवा शोषली गेली की नाही हे विद्युत प्रवाहाची दिशा ठरवते.
प्रभावाचे कारण असे आहे की धातू किंवा अर्धसंवाहक यांच्यातील संपर्काच्या बाबतीत, सीमेवर अंतर्गत संपर्क संभाव्य फरक उद्भवतो. यामुळे संपर्काच्या दोन्ही बाजूंच्या वाहकांची संभाव्य उर्जा भिन्न होते, कारण सध्याच्या वाहकांची सरासरी ऊर्जा त्यांच्या उर्जा स्पेक्ट्रम, एकाग्रता आणि त्यांच्या विघटनाच्या यंत्रणेवर अवलंबून असते आणि भिन्न कंडक्टरमध्ये भिन्न असते. वर्तमान हस्तांतरणामध्ये सामील असलेल्या इलेक्ट्रॉनची सरासरी उर्जा वेगवेगळ्या कंडक्टरमध्ये भिन्न असल्याने, जाळीच्या आयनांशी टक्कर होण्याच्या प्रक्रियेत, वाहक जाळीला जादा गतीज ऊर्जा सोडून देतात आणि उष्णता सोडली जाते. जर, एखाद्या संपर्कातून जात असताना, वाहकांची संभाव्य ऊर्जा कमी झाली, तर त्यांची गतिज ऊर्जा वाढते आणि इलेक्ट्रॉन, जाळीच्या आयनांशी टक्कर देऊन, त्यांची उर्जा सरासरी मूल्यापर्यंत वाढवतात, तर पेल्टियर उष्णता शोषली जाते. अशा प्रकारे, जेव्हा इलेक्ट्रॉन एखाद्या संपर्कातून जातात, तेव्हा इलेक्ट्रॉन एकतर अतिरिक्त ऊर्जा अणूंमध्ये हस्तांतरित करतात किंवा त्यांच्या खर्चावर पुन्हा भरतात.
सेमीकंडक्टरपासून धातूमध्ये इलेक्ट्रॉन्सच्या संक्रमणादरम्यान, सेमीकंडक्टरच्या वहन इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा फर्मी पातळीपेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त असते (पहा फर्मी ऊर्जा (सेमी.फर्मी एनर्जी)) धातू, आणि इलेक्ट्रॉन त्यांची अतिरिक्त ऊर्जा सोडून देतात. पेल्टियर प्रभाव सेमीकंडक्टरमध्ये विशेषतः मजबूत आहे, ज्याचा वापर रेफ्रिजरेशन युनिट्समध्ये मायक्रोरेफ्रिजरेटर्सच्या निर्मितीसह शीतलक आणि गरम अर्धसंवाहक उपकरणे तयार करण्यासाठी केला जातो.

विश्वकोशीय शब्दकोश. 2009 .

इतर शब्दकोशांमध्ये "पेल्टियर प्रभाव" काय आहे ते पहा:

वीज जात असताना उष्णता सोडणे किंवा शोषून घेणे. दोन भिन्न संपर्काद्वारे वर्तमान I. कंडक्टर जेव्हा विद्युत् प्रवाहाची दिशा बदलते तेव्हा उष्णता सोडण्याची जागा शोषून घेतली जाते. फ्रेंच उघडले 1834 मध्ये भौतिकशास्त्रज्ञ जे. पेल्टियर. उष्णतेचे प्रमाण... ... भौतिक विश्वकोश

पेल्टियर इफेक्ट ही उष्णता सोडण्याची किंवा शोषण्याची प्रक्रिया आहे जेव्हा विद्युत प्रवाह दोन भिन्न कंडक्टरच्या संपर्कातून जातो. निर्माण होणाऱ्या उष्णतेचे प्रमाण आणि त्याचे चिन्ह संपर्क पदार्थांचे प्रकार, वर्तमान शक्ती आणि संक्रमण वेळ यावर अवलंबून असते... ... विकिपीडिया

दोन भिन्न कंडक्टरच्या संपर्कातून (जंक्शन) विद्युत प्रवाह जातो तेव्हा उष्णता सोडणे किंवा शोषणे. उष्णतेचे प्रमाण विद्युत् प्रवाहाच्या सामर्थ्याच्या प्रमाणात असते. रेफ्रिजरेशन युनिट्समध्ये वापरले जाते. जे. पेलेटियर यांनी 1834 मध्ये उघडले... मोठा विश्वकोशीय शब्दकोश

जेव्हा विद्युत प्रवाह दोन भिन्न कंडक्टरच्या संपर्कातून (जंक्शन) जातो तेव्हा उष्णता सोडणे किंवा शोषणे. जेव्हा विद्युत् प्रवाहाची दिशा बदलते तेव्हा उष्णता सोडण्याची जागा शोषून घेतली जाते. 1834 मध्ये जे. पेल्टियर यांनी शोधले. वाटप केलेली रक्कम किंवा... ग्रेट सोव्हिएत एनसायक्लोपीडिया

पेल्टियर इफेक्ट ही एक थर्मोइलेक्ट्रिक घटना आहे ज्यामध्ये दोन भिन्न कंडक्टरच्या संपर्काच्या (जंक्शन) बिंदूवर विद्युत प्रवाह जातो तेव्हा उष्णता सोडली जाते किंवा शोषली जाते. उष्णतेचे प्रमाण आणि त्याचे चिन्ह प्रकारावर अवलंबून असते ... विकिपीडिया

दोन भिन्न अर्धसंवाहक किंवा धातू आणि अर्धसंवाहक यांच्या संपर्कात उष्णता सोडणे किंवा शोषून घेणे (प्रवाहाच्या दिशेवर अवलंबून)

अॅनिमेशन

वर्णन

पेल्टियर इफेक्ट ही थर्मोइलेक्ट्रिक घटना आहे, सीबेक प्रभावाच्या उलट: जेव्हा विद्युत प्रवाह I दोनच्या संपर्कातून (जंक्शन) जातो विविध पदार्थ(कंडक्टर किंवा सेमीकंडक्टर) संपर्कात, ज्युल हीट व्यतिरिक्त, अतिरिक्त पेल्टियर उष्णता Q P विद्युत् प्रवाहाच्या एका दिशेने सोडली जाते आणि विरुद्ध दिशेने शोषली जाते.

क्यू पी व्युत्पन्न झालेल्या उष्णतेचे प्रमाण आणि त्याचे चिन्ह संपर्क करणार्‍या पदार्थांच्या प्रकारावर, विद्युत् प्रवाहाची ताकद आणि त्याच्या जाण्याच्या वेळेवर अवलंबून असते:

dQ P = p 12 H I H दि.

येथे p 12 = p 1 -p 2 हा दिलेल्या संपर्कासाठी पेल्टियर गुणांक आहे, जो संपर्क सामग्रीच्या परिपूर्ण पेल्टियर गुणांक p 1 आणि p 2 शी संबंधित आहे. या प्रकरणात, असे गृहित धरले जाते की विद्युत् प्रवाह पहिल्या नमुन्यापासून दुस-याकडे वाहतो. जेव्हा पेल्टियर उष्णता सोडली जाते, तेव्हा आपल्याकडे आहे: Q P >0, p 12 >0, p 1 > p 2. जेव्हा पेल्टियर उष्णता शोषली जाते, तेव्हा ती नकारात्मक मानली जाते आणि त्यानुसार: क्यू पी<0,p 12 <0, p 1

पेल्टियर उष्णतेऐवजी, एक भौतिक प्रमाण बहुतेकदा वापरले जाते, ज्याची व्याख्या एका युनिट क्षेत्राच्या संपर्कात प्रत्येक सेकंदाला औष्णिक ऊर्जा म्हणून केली जाते. हे प्रमाण, ज्याला उष्णता सोडण्याची शक्ती म्हणतात, सूत्राद्वारे निर्धारित केली जाते:

q P = p 12 H j,

जेथे j=I/S - वर्तमान घनता;

एस - संपर्क क्षेत्र;

या परिमाणाचे परिमाण SI = W/m2 आहे.

थर्मोडायनामिक्सच्या नियमांवरून असे दिसून येते की पेल्टियर गुणांक आणि थर्मोपॉवर गुणांक a हे नातेसंबंधाने संबंधित आहेत:

p = aЧ T,

जेथे T हे परिपूर्ण संपर्क तापमान आहे.

पेल्टियर गुणांक, जे सामग्रीचे एक महत्त्वाचे तांत्रिक वैशिष्ट्य आहे, नियमानुसार, मोजले जात नाही, परंतु थर्मोपॉवर गुणांक वापरून मोजले जाते, ज्याचे मोजमाप सोपे आहे.

अंजीर मध्ये. 1 आणि अंजीर. आकृती 2 संपर्क A आणि B सह दोन भिन्न अर्धसंवाहक PP1 आणि PP2 बनलेले बंद सर्किट दाखवते.

पेल्टियर हीट रिलीझ (पिन ए)

तांदूळ. १

पेल्टियर उष्णता शोषण (पिन ए)

तांदूळ. 2

अशा सर्किटला सामान्यतः थर्मोइलेमेंट म्हणतात आणि त्याच्या शाखांना थर्मोइलेक्ट्रोड म्हणतात. बाह्य स्रोत ई द्वारे तयार केलेला विद्युतप्रवाह सर्किटमधून वाहतो. तांदूळ. 1 परिस्थिती दर्शवते जेव्हा संपर्क A (PP1 वरून PP2 कडे वर्तमान प्रवाह) पेल्टियर उष्णता Q P (A)>0 सोडली जाते आणि B संपर्कात (वर्तमान PP2 वरून PP1 कडे निर्देशित केले जाते) त्याचे शोषण Q P (B) असते<0 . В результате происходит изменение температур спаев: Т А >टी व्ही.

अंजीर मध्ये. 2, स्त्रोताचे चिन्ह बदलल्याने प्रवाहाची दिशा उलट बदलते: संपर्क A वर PP2 ते PP1 आणि संपर्क B वर PP1 ते PP2. त्यानुसार, पेल्टियर उष्णतेचे चिन्ह आणि संपर्क तापमान यांच्यातील संबंध बदलतात: Q P (A)<0, Q P (В)>0, टी ए<Т В .

समान प्रकारच्या वर्तमान वाहकांच्या (दोन एन-टाइप सेमीकंडक्टर किंवा दोन पी-टाइप सेमीकंडक्टर) सेमीकंडक्टरच्या संपर्कात पेल्टियर प्रभावाचे कारण दोन धातूच्या कंडक्टरच्या संपर्काच्या बाबतीत सारखेच आहे. जंक्शनच्या वेगवेगळ्या बाजूंवरील वर्तमान वाहक (इलेक्ट्रॉन किंवा छिद्र) मध्ये भिन्न सरासरी ऊर्जा असते, जी अनेक कारणांवर अवलंबून असते: ऊर्जा स्पेक्ट्रम, एकाग्रता, चार्ज कॅरियर स्कॅटरिंग यंत्रणा. जर वाहक, जंक्शनमधून गेल्यावर, कमी उर्जा असलेल्या क्षेत्रामध्ये प्रवेश करतात, तर ते क्रिस्टल जाळीमध्ये जादा ऊर्जा हस्तांतरित करतात, परिणामी पेल्टियर उष्णता संपर्काजवळ सोडली जाते (Q P >0) आणि संपर्क तापमान वाढते. या प्रकरणात, इतर जंक्शनवर, वाहक, उच्च उर्जा असलेल्या प्रदेशात जातात, जाळीतून गहाळ ऊर्जा घेतात आणि पेल्टियर उष्णता शोषली जाते (Q P<0 ) и понижение температуры.

पेल्टियर प्रभाव, सर्व थर्मोइलेक्ट्रिक घटनांप्रमाणे, विशेषतः इलेक्ट्रॉनिक (n - प्रकार) आणि छिद्र (p - प्रकार) अर्धसंवाहकांनी बनलेल्या सर्किटमध्ये उच्चारला जातो. या प्रकरणात, पेल्टियर प्रभावाचे वेगळे स्पष्टीकरण आहे. जेव्हा संपर्कातील विद्युत् प्रवाह एका छिद्र सेमीकंडक्टरमधून इलेक्ट्रॉनिक (р ® n) वर जातो तेव्हा परिस्थितीचा विचार करूया. या प्रकरणात, इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र एकमेकांच्या दिशेने जातात आणि भेटल्यावर पुन्हा एकत्र होतात. पुनर्संयोजनाच्या परिणामी, ऊर्जा सोडली जाते, जी उष्णतेच्या स्वरूपात सोडली जाते. ही परिस्थिती अंजीर मध्ये दर्शविली आहे. 3, जे भोक आणि इलेक्ट्रॉनिक चालकता असलेल्या अशुद्धता सेमीकंडक्टरसाठी ऊर्जा बँड (e c - कंडक्शन बँड, e v - व्हॅलेन्स बँड) दर्शविते.

पी- आणि एन-प्रकार सेमीकंडक्टरच्या संपर्कात पेल्टियर उष्णता सोडणे

तांदूळ. 3

अंजीर मध्ये. 4 (e c - कंडक्शन बँड, e v - व्हॅलेन्स बँड) जेव्हा विद्युतप्रवाह n वरून p - अर्धसंवाहक (n ® p) वर जातो तेव्हा केससाठी पेल्टियर उष्णता शोषण दर्शवते.

पी- आणि एन-प्रकार सेमीकंडक्टरच्या संपर्कात पेल्टियर उष्णता शोषण

तांदूळ. 4

येथे, इलेक्ट्रॉनिक सेमीकंडक्टरमधील इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र सेमीकंडक्टरमधील छिद्र विरुद्ध दिशेने फिरतात, इंटरफेसपासून दूर जातात. सीमावर्ती प्रदेशातील वर्तमान वाहकांच्या नुकसानाची भरपाई इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रांच्या जोडीने उत्पादनाद्वारे केली जाते. अशा जोड्यांच्या निर्मितीसाठी ऊर्जेची आवश्यकता असते, जी जाळीच्या अणूंच्या थर्मल कंपनांद्वारे पुरवली जाते. परिणामी इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र विद्युत क्षेत्राद्वारे विरुद्ध दिशेने काढले जातात. म्हणून, जोपर्यंत संपर्कातून विद्युत प्रवाह चालू असतो तोपर्यंत नवीन जोड्या सतत जन्म घेतात. परिणामी, उष्णता संपर्कात शोषली जाईल.

जौल-लेन्झ हीटच्या रिलीझशी संबंधित सामान्य हीटिंगच्या पार्श्वभूमीवर पेल्टियर प्रभाव लक्षात येण्यासाठी, खालील अट पूर्ण करणे आवश्यक आहे: S Q P Si Q J. . परिणामी, खालील संबंध प्राप्त होतात जे प्रयोग आयोजित करताना विचारात घेतले पाहिजेत:

जेथे R हा l लांबीच्या थर्मोइलेक्ट्रोड विभागाचा प्रतिकार आहे ज्यावर उष्णता सोडली जाते;

r - विद्युत प्रतिरोधकता.

पेल्टियर गुणांक, जो संपर्कात सोडल्या जाणार्‍या पेल्टियर उष्णतेचे प्रमाण निर्धारित करतो, संपर्क करणार्‍या पदार्थांच्या स्वरूपावर आणि संपर्क तापमानावर अवलंबून असतो: p 12 = a 12 · T = (a 1 - a 2) · T , जेथे a 1 आणि a 2 हे संपर्क करणाऱ्या पदार्थांचे परिपूर्ण थर्मोपॉवर गुणांक आहेत. जर बहुतेक धातूंच्या जोड्यांसाठी थर्मोपॉवर गुणांक 10-5 x 10-4 V/K च्या क्रमाने असेल, तर सेमीकंडक्टरसाठी ते जास्त असू शकते (1.5 x 10-3 V/K पर्यंत). वेगवेगळ्या प्रकारच्या चालकता असलेल्या अर्धसंवाहकांसाठी, a मध्ये भिन्न चिन्हे आहेत, ज्याचा परिणाम म्हणून Sa 12 S = Sa 1 S + Sa 2 S.

हे लक्षात घ्यावे की थर्मोपॉवर गुणांक सेमीकंडक्टरच्या रचना आणि तापमानावर जटिल मार्गाने अवलंबून असते, तर धातूंच्या तुलनेत, सेमीकंडक्टरसाठी a चे तापमान अवलंबित्व अधिक स्पष्ट असते. a चे चिन्ह चार्ज वाहकांच्या चिन्हाद्वारे निर्धारित केले जाते. विस्तृत तापमान श्रेणीमध्ये अर्धसंवाहकांच्या थर्मोइलेक्ट्रिक गुणधर्मांचा समावेश करणारी कोणतीही सामान्य अनुभवजन्य, कमी सैद्धांतिक, सूत्रे नाहीत. सामान्यतः, सेमीकंडक्टरचे थर्मोइलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स a, मूल्य a = 0 पासून T = 0 वर सुरू होते, प्रथम T च्या प्रमाणात वाढते, नंतर अधिक हळूहळू, अनेकदा विशिष्ट तापमान श्रेणीमध्ये स्थिर राहते आणि उच्च तापमानाच्या प्रदेशात ( 500 Kyo 700 K) कायद्यानुसार कमी होण्यास सुरुवात होते a~ 1/T.

सेमीकंडक्टर्सचे आणखी एक विशिष्ट वैशिष्ट्य म्हणजे अशुद्धतेची निर्णायक भूमिका, ज्याच्या परिचयामुळे केवळ मूल्य अनेक वेळा बदलणे शक्य होत नाही तर a चे चिन्ह देखील बदलणे शक्य होते.

मिश्र चालकता असलेल्या अर्धसंवाहकांमध्ये, छिद्र आणि इलेक्ट्रॉनच्या थर्मोपॉवरमध्ये योगदान विरुद्ध असते, ज्यामुळे a आणि p ची लहान मूल्ये होतात.

विशिष्ट प्रकरणात जेव्हा इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रांचे सांद्रता (n) आणि गतिशीलता (u) समान असतात (ne = np आणि ue = up), a आणि p ची मूल्ये शून्य होतात:

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

पेल्टियर इफेक्ट, इतर थर्मोइलेक्ट्रिक घटनांप्रमाणे, निसर्गात अपूर्व आहे.

सेमीकंडक्टरमधील पेल्टियर प्रभाव थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग आणि हीटिंगसाठी वापरला जातो, ज्यामध्ये तापमान नियंत्रण आणि रेफ्रिजरेशन उपकरणांमध्ये व्यावहारिक अनुप्रयोग आहेत.

पेल्टियर घटनेचा शोध जे. पेल्टियर यांनी 1834 मध्ये लावला होता.

वेळेची वैशिष्ट्ये

आरंभ वेळ (लॉग टू -3 ते 2);

आजीवन (15 ते 15 पर्यंत लॉग टीसी);

निकृष्ट होण्याची वेळ (लॉग td -3 ते 2 पर्यंत);

इष्टतम विकासाची वेळ (लॉग tk -2 ते 3 पर्यंत).

आकृती:

प्रभावाची तांत्रिक अंमलबजावणी

सेमीकंडक्टरमध्ये पेल्टियर प्रभावाची तांत्रिक अंमलबजावणी

सर्व थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग उपकरणांचे मुख्य तांत्रिक एकक ही थर्मोइलेक्ट्रिक बॅटरी आहे जी मालिका-कनेक्ट केलेल्या थर्मोइलेमेंट्सपासून बनलेली असते. मेटल कंडक्टरमध्ये थर्मोइलेक्ट्रिक गुणधर्म कमकुवत असल्याने, थर्मोइलेमेंट्स सेमीकंडक्टरपासून बनवले जातात आणि थर्मोइलेमेंटच्या एका शाखेत पूर्णपणे छिद्र (पी-टाइप) आणि दुसरी पूर्णपणे इलेक्ट्रॉनिक (एन-टाइप) सेमीकंडक्टर असावी. जर तुम्ही वर्तमान दिशा (चित्र 5) निवडली, ज्यामध्ये रेफ्रिजरेटरच्या आत असलेल्या संपर्कांवर पेल्टियर उष्णता शोषली जाईल आणि बाह्य संपर्कांवर आसपासच्या जागेत सोडली जाईल, तर रेफ्रिजरेटरमधील तापमान कमी होईल आणि जागा रेफ्रिजरेटर बाहेर गरम होईल (जे कोणत्याही रेफ्रिजरेटर डिझाइनमध्ये होते).

थर्मोइलेक्ट्रिक रेफ्रिजरेटरचे योजनाबद्ध आकृती

तांदूळ. ५

थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग डिव्हाइसचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे त्याची कूलिंग कार्यक्षमता:

Z= a 2 /(rl) ,

जेथे a थर्मोपॉवर गुणांक आहे;

आर - प्रतिरोधकता;

l ही सेमीकंडक्टरची थर्मल चालकता आहे.

Z पॅरामीटर हे तापमान आणि चार्ज वाहक एकाग्रतेचे कार्य आहे आणि प्रत्येक दिलेल्या तापमानासाठी एक इष्टतम एकाग्रता मूल्य आहे ज्यावर Z मूल्य कमाल आहे. कमाल तापमान कमी होणे अभिव्यक्तीद्वारे कार्यक्षमतेच्या मूल्याशी संबंधित आहे:

D T कमाल = (1/2) Х Z Х T 2,

जेथे T हे थर्मोएलमेंटच्या कोल्ड जंक्शनचे तापमान आहे.

वैयक्तिक शाखांसाठी Z चे मूल्य जितके जास्त असेल तितके Z = (a 1 + a 2) 2 /(Tsr 1 l 1 + Tsr 2 l 2) 2 चे मूल्य जास्त असेल, जे कार्यक्षमता निर्धारित करते. संपूर्ण थर्मोएलिमेंट. उच्चतम गतिशीलता मूल्ये आणि किमान थर्मल चालकता असलेले सेमीकंडक्टर निवडण्याचा सल्ला दिला जातो. सेमीकंडक्टरमध्ये विशिष्ट अशुद्धतेचा परिचय हे त्याचे पॅरामीटर्स (a, r, l) इच्छित दिशेने बदलण्याचे मुख्य उपलब्ध साधन आहे.

आधुनिक थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग उपकरणे तापमान +20°C ते 200°C पर्यंत कमी करतात; त्यांची कूलिंग क्षमता सहसा 100 W पेक्षा जास्त नसते.

तांत्रिकदृष्ट्या, p- आणि n-वाहकता (1) सह सेमीकंडक्टर मटेरियलपासून बनवलेल्या रॉड्स इन्सुलेटिंग मटेरियल (2) मेटल कनेक्टर (3) वापरून अंजीर मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे उष्णता-संवाहक बोर्डवर बसविल्या जातात. 6.

थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल आकृती

तांदूळ. 6

प्रभाव लागू करणे

सेमीकंडक्टरमध्ये पेल्टियर इफेक्टचा व्यावहारिक वापर करण्याचे मुख्य क्षेत्रः थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग डिव्हाइसेस तयार करण्यासाठी थंड मिळवणे, गरम करण्याच्या उद्देशाने गरम करणे, थर्मोस्टॅटिंग, स्थिर तापमान परिस्थितीत क्रिस्टलायझेशन प्रक्रिया नियंत्रित करणे.

थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग पद्धतीचे इतर कूलिंग पद्धतींपेक्षा बरेच फायदे आहेत. थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणे नियंत्रणाची सुलभता, तापमानाचे बारीक नियमन करण्याची क्षमता, आवाजहीनता आणि उच्च ऑपरेशनल विश्वासार्हतेद्वारे ओळखले जातात. थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणांचा मुख्य तोटा म्हणजे त्यांची कमी कार्यक्षमता, जी त्यांना "कोल्ड" च्या औद्योगिक उत्पादनासाठी वापरण्याची परवानगी देत नाही.

थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग डिव्हाइसेसचा वापर घरगुती आणि वाहतूक रेफ्रिजरेटर्स, थर्मोस्टॅट्स, रेडिओ-इलेक्ट्रॉनिक आणि ऑप्टिकल उपकरणांच्या थर्मोसेन्सिटिव्ह घटकांना थंड करण्यासाठी आणि थर्मोस्टॅटिंगसाठी, क्रिस्टलायझेशन प्रक्रिया नियंत्रित करण्यासाठी, वैद्यकीय आणि जैविक उपकरणांमध्ये इ.

संगणक तंत्रज्ञानामध्ये, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग डिव्हाइसेसना "कूलर" (इंग्रजी कूलर - कूलर) असे अपभाषा नाव आहे.

साहित्य

1. भौतिक ज्ञानकोश.- एम.: ग्रेट रशियन एनसायक्लोपीडिया, 1998.- T.5.- P.98-99, 125.

2. शिवुखिन एस.डी. भौतिकशास्त्राचा सामान्य अभ्यासक्रम. - एम.: नौका, 1977. - T.3. वीज.- P.490-494.

3. स्टिलबन्स एल.एस. सेमीकंडक्टर्सचे भौतिकशास्त्र. - एम., 1967. - पी.75-83, 292-311.

4. Ioffe A.F. सेमीकंडक्टर थर्मोइलेमेंट्स - एम., 1960.

कीवर्ड