Modul Peltier: spesifikasi teknikal. Peti sejuk peltier semikonduktor Penggunaan kesan peltier

Teks kerja diletakkan tanpa imej dan formula.
Versi penuh kerja tersedia dalam tab "Fail kerja" dalam format PDF

pengenalan

Kesan Peltier ialah fenomena termoelektrik di mana haba dibebaskan atau diserap apabila arus elektrik melalui pada titik sentuhan (simpang) dua konduktor yang tidak serupa.

Kesan Seebeck - fenomena berlakunya EMF dalam tertutup litar elektrik, yang terdiri daripada konduktor tidak serupa bersambung siri, sesentuh antaranya berada pada suhu yang berbeza.

Kedua-dua kesan ini ditemui pada abad ke-19: J. Peltier pada tahun 1834, intipati fenomena itu telah disiasat beberapa tahun kemudian - pada tahun 1838 oleh Lenz, yang menjalankan eksperimen di mana dia meletakkan setitik air dalam ceruk di persimpangan dua batang bismut dan antimoni. T. I. Seebeck menemui kesan nama yang sama pada tahun 1821. Pada tahun 1822, beliau menerbitkan hasil eksperimennya dalam artikel "Mengenai persoalan polarisasi magnet logam dan bijih tertentu yang timbul dalam keadaan perbezaan suhu", diterbitkan dalam laporan. daripada Akademi Sains Prusia

Saya berminat dengan topik ini kerana unsur-unsur yang dicipta pada abad ke-19 masih berkesan digunakan dalam peranti moden. Walaupun fakta bahawa dalam setiap kes elemen dengan parameter yang diperlukan dipilih, teori dan sumber mengatakan bahawa unsur-unsur itu boleh ditukar ganti. Suka atau tidak, kami bercadang untuk menyemak kajian kami.

Rumusan masalah:

Kedua-dua kesan (kesan Peltier dan kesan Seebeck) digunakan secara meluas dalam teknologi moden, dan prinsip pengendalian unsur yang dicipta berdasarkannya boleh diakses untuk pemahaman dalam rangka belajar kursus fizik sekolah. Sementara itu, kesan ini tidak disebut dalam kursus fizik sekolah. Karya ini, sebagai tambahan kepada nilai yang diterapkan, juga mempunyai aspek metodologi penting yang dikaitkan dengan kemasukan penerangan tentang pelbagai pencapaian saintifik dalam kurikulum sekolah.

Hipotesis penyelidikan: terdapat perbezaan apabila menggunakan kesan langsung dan songsang Peltier dan Seebeck.

Tujuan kajian: mengenal pasti ciri tersendiri bagi kesan Peltier dan kesan Seebeck apabila digunakan dalam arah hadapan dan belakang.

Objektif kajian:

Untuk mengkaji sejarah penemuan kesan Peltier dan kesan Seebeck.

Untuk mengkaji ciri-ciri kesan Peltier langsung dan songsang, kesan Seebeck langsung dan songsang.

Buat persediaan untuk percubaan.

Menjalankan satu siri eksperimen untuk menguji hipotesis.

Menganalisis keputusan eksperimen dan membuat kesimpulan sama ada hipotesis disahkan atau tidak.

Objek kajian: Elemen Peltier dan elemen Seebeck.

Subjek kajian: ciri kesan langsung dan songsang bagi kesan Peltier dan kesan langsung dan songsang Seebeck.

Kaedah penyelidikan

Kaedah berikut digunakan dalam kajian:

1. Teoritikal:

Analisis sumber maklumat mengenai sejarah penemuan kesan Peltier dan Seebeck yang dipertimbangkan dalam karya,

Analisis maklumat tentang prinsip operasi elemen Peltier dan Seebeck,

Analisis data eksperimen yang diperolehi.

Induksi tidak lengkap: perumusan kesimpulan berdasarkan data yang tidak merangkumi semua aspek dan kemungkinan gabungan ciri-ciri objek yang dikaji.

2. Empirikal:

Menjalankan satu siri eksperimen untuk menguji hipotesis.

Kajian ini diaplikasikan. Hasil kajian akan memberi jawapan tentang keberkesanan kemungkinan pertukaran unsur Peltier dan Seebeck.

Analisis Sumber

Apabila menerangkan kesan yang dikaji, semua sumber menyebut bahawa terdapat "kesan Peltier dan kesan songsangnya, yang dipanggil kesan Seebeck", manakala kesan Seebeck songsang tidak disebut. Dalam menjalankan kerja ini, selain daripada menemui kesan Pelte langsung dan songsang dan membandingkan kesan Peltier songsang dengan kesan Seebeck langsung, kami akan mengesahkan kewujudan kesan Seebeck songsang.

Kaitan isu yang dikaji terbukti dengan perhatian yang diberikan kepada kajian kesan ini oleh buku teks asing. Mereka memberi bukan sahaja penerangan tentang kesan yang sedang dipertimbangkan, tetapi juga penjelasan mereka, serta bercakap tentang permohonan mereka.

Laman web pengeluar peralatan pendidikan Rusia LLC 3B Scientific menawarkan pemasangan makmal Seebeck Effect bernilai 229,873.00 rubel. , yang disertai dengan perkembangan metodologi. Selepas mengkajinya, kami membuat kesimpulan bahawa eksperimen sedemikian boleh dijalankan pada peralatan yang tidak memerlukan kos yang tinggi.

Bahagian utama Kesan Pelte

Kesan Peltier ialah fenomena termoelektrik pemindahan tenaga semasa laluan arus elektrik pada titik sentuhan (simpang) dua konduktor yang tidak serupa, dari satu konduktor ke konduktor yang lain. Ia juga merupakan kesan terbalik daripada kesan Seebeck, tetapi ia juga boleh melaksanakan fungsinya.

Apabila sebelah dipanaskan dan sebelah lagi disejukkan, elemen ini boleh menjana elektrik. Dan juga elemen ini mempunyai kesan sebaliknya, iaitu apabila elemen ini disambungkan kepada elektrik, satu bahagian akan sejuk dan satu lagi akan panas.

Sebab berlakunya fenomena Peltier adalah seperti berikut. Pada sentuhan dua bahan terdapat perbezaan potensi sentuhan, yang mewujudkan medan sentuhan dalaman. Jika arus elektrik mengalir melalui sentuhan, maka medan ini sama ada akan memudahkan laluan arus atau menghalangnya. Jika arus bertentangan dengan medan kenalan, maka sumber luaran mesti dibelanjakan tenaga tambahan, yang dilepaskan dalam sentuhan, yang akan membawa kepada pemanasannya. Jika arus pergi ke arah medan kenalan, maka ia boleh disokong oleh medan ini, yang melakukan kerja mengalihkan caj. Tenaga yang diperlukan untuk ini diambil dari bahan, yang membawa kepada penyejukan pada titik sentuhan.

Kesan Seebeck

Kesan Seebeck ialah fenomena berlakunya EMF dalam litar elektrik tertutup yang terdiri daripada konduktor berbeza yang disambung secara bersiri, hubungan antaranya berada pada suhu yang berbeza.

Jika terdapat kecerunan suhu di sepanjang konduktor, maka elektron pada hujung panas memperoleh tenaga dan halaju yang lebih tinggi daripada pada hujung sejuk; dalam semikonduktor, di samping itu, kepekatan elektron pengaliran meningkat dengan suhu. Hasilnya ialah aliran elektron dari hujung panas ke hujung sejuk. Caj negatif terkumpul pada hujung sejuk, manakala cas positif tidak terkompensasi kekal pada hujung panas. Proses pengumpulan cas berterusan sehingga beza keupayaan yang terhasil menyebabkan aliran elektron dalam arah yang bertentangan, sama dengan yang primer, yang menyebabkan keseimbangan ditubuhkan.

EMF, kejadian yang diterangkan oleh mekanisme ini, dipanggil EMF volumetrik.

Ciri-ciri elemen Peltier dan Seebeck

Ciri utama elemen ini ialah elemen Peltier mempunyai kesan yang bertentangan, tetapi elemen Seebeck tidak. Dan ini adalah walaupun fakta bahawa kesan terbalik unsur Peltier adalah kesan unsur Seebeck.

Akibatnya, kesan Seebeck telah digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang.

Elemen Peltier adalah bertentangan dengan peranti berdasarkan kesan Seebeck. Dalam kes ini, sebaliknya, di bawah tindakan arus elektrik, perbezaan suhu terbentuk pada platform kerja struktur. Oleh itu, dengan bantuan arus elektrik, haba dipindahkan dari satu termokopel ke yang lain. Apabila arah arus berubah, bahagian yang dipanaskan akan mengambil keadaan yang bertentangan.

Kesan ini berlaku dalam dua konduktor yang berbeza dengan kekonduksian yang sama. Dalam setiap daripada mereka, elektron mempunyai nilai tenaga yang berbeza dan ia terletak pada jarak yang sangat dekat antara mereka. Akibatnya, caj akan dipindahkan dari satu medium ke medium lain, dan elektron dengan tenaga yang lebih tinggi terhadap latar belakang tahap rendah akan memberikan lebihan kepada kekisi kristal, menyebabkan pemanasan. Dengan kekurangan tenaga, sebaliknya, ia dipindahkan dari kekisi kristal, yang membawa kepada penyejukan simpang.

Penggunaan kesan Peltier dan kesan Seebeck

Kesan yang dikaji digunakan untuk mencipta penderia haba, penjana termoelektrik, dan juga digunakan dalam komputer untuk meningkatkan penyejukan pemproses.

Pada masa ini, kesan Seebeck digunakan dalam penderia bersepadu, di mana pasangan bahan yang sesuai diendapkan pada permukaan substrat semikonduktor. Contoh penderia tersebut ialah termokopel untuk mengesan sinaran terma. Oleh kerana silikon mempunyai pekali Seebeck yang cukup besar, pengesan termoelektrik yang sangat sensitif dibuat berdasarkannya.

Salah satu batasan penting yang timbul apabila menggunakan penukar termoelektrik ialah faktor kecekapan rendah - 3-8%. Tetapi jika tidak mungkin untuk menjalankan talian kuasa standard, dan beban pada rangkaian diandaikan kecil, maka penggunaan penjana termoelektrik adalah wajar sepenuhnya. Malah, peranti berdasarkan kesan Seebeck boleh digunakan dalam pelbagai bidang:

1. Bekalan kuasa teknologi angkasa lepas;

2. Bekalan peralatan gas dan minyak;

3. Penjana isi rumah;

4. Sistem navigasi maritim;

5. Sistem pemanasan;

6. Eksploitasi haba sisa kenderaan;

7. Penukar tenaga suria;

8. Penukar haba yang dihasilkan oleh sumber semula jadi (contohnya, perairan geoterma).

Kesan Peltier digunakan dalam dua situasi: apabila perlu sama ada untuk membekalkan haba ke persimpangan bahan, atau untuk mengeluarkannya, yang dijalankan dengan menukar arah arus. Sifat ini telah menemui aplikasinya dalam peranti yang memerlukan kawalan suhu yang tepat. Elemen peltier digunakan dalam situasi di mana penyejukan dengan perbezaan suhu yang kecil diperlukan, atau kecekapan tenaga penyejuk tidak penting. Sebagai contoh, elemen Peltier digunakan dalam peti sejuk kereta kecil, kerana penggunaan pemampat dalam kes ini adalah mustahil kerana dimensi terhad dan, sebagai tambahan, kapasiti penyejukan yang diperlukan adalah kecil.

Selain itu, elemen Peltier digunakan untuk menyejukkan peranti berganding cas dalam kamera digital. Disebabkan ini, pengurangan ketara dalam hingar terma dicapai semasa pendedahan yang lama (contohnya, dalam astrofotografi). Elemen Peltier berbilang peringkat digunakan untuk menyejukkan penerima sinaran dalam penderia inframerah.

Unsur peltier juga sering digunakan:

1. Untuk penyejukan dan kawalan suhu laser diod untuk menstabilkan panjang gelombang sinaran;

2. Dalam teknologi komputer;

3. Dalam peranti radioelektrik;

4. Dalam peralatan perubatan dan farmaseutikal;

5. Dalam perkakas rumah;

6. Dalam peralatan iklim;

7. Dalam termostat;

8. Dalam peralatan optik;

9. Untuk mengawal proses penghabluran;

10. Sebagai pemanasan untuk tujuan pemanasan;

11. Untuk minuman penyejuk;

12. Dalam makmal dan instrumen saintifik;

13. Dalam mesin ais;

14. Dalam penghawa dingin;

15. Untuk menjana elektrik;

16. Dalam kaunter elektronik penggunaan air.

Sudah tentu, peranti penyejuk Peltier hampir tidak sesuai untuk kegunaan besar-besaran. Mereka agak mahal dan memerlukan operasi yang betul. Hari ini ia adalah alat untuk peminat pemproses overclocking. Walau bagaimanapun, jika penyejukan pemproses yang kuat diperlukan, penyejuk Peltier ialah peranti yang paling cekap.

Terdapat laporan eksperimen mengenai membenamkan modul Peltier kecil terus ke dalam cip pemproses untuk menyejukkan struktur paling kritikal mereka. Penyelesaian ini menyumbang kepada penyejukan yang lebih baik dengan mengurangkan rintangan haba dan boleh meningkatkan frekuensi operasi dan prestasi pemproses dengan ketara.

Bekerja ke arah penambahbaikan sistem untuk memastikan optimum keadaan suhu elemen elektronik diselenggara oleh banyak makmal penyelidikan. Dan sistem penyejukan yang melibatkan penggunaan modul termoelektrik Peltier dianggap sangat menjanjikan.

Penerangan tentang persediaan percubaan

Untuk percubaan, persediaan telah dibuat yang membolehkan mendapatkan data yang diperlukan.

Untuk mengurangkan pertukaran haba dengan alam sekitar, adalah perlu untuk mencipta termostat. Dalam persediaan eksperimen ini dicapai dengan bantuan bahan penebat haba yang digunakan dalam pembinaan, di mana dua tempat mandian dicipta, dipisahkan dalam satu kes oleh unsur Peltier, dalam kes yang lain oleh unsur Seebeck. Kotak jus kalis lembapan digunakan sebagai mandian. Kalis air unsur-unsur dicapai dengan pistol gam.

Untuk eksperimen, elemen Peltier dan Seebeck dengan ciri yang serupa telah dipilih: voltan dan kuasa kendalian.

Multimeter digunakan sebagai alat pengukur untuk menetapkan suhu.

Nilai voltan juga diambil dengan multimeter atau voltmeter.

Kaedah Eksperimen

Bergantung pada elemen yang dikaji, sama ada air dengan suhu yang berbeza (kesan Seebeck langsung dan kesan Peltier songsang) atau air dengan suhu yang sama dituangkan ke bahagian mandian yang berbeza untuk mengesan kesan Peltier langsung dan kesan Seebeck songsang).

Bacaan penderia suhu direkodkan dalam jadual (Lampiran 1), berdasarkan graf pergantungan voltan pada suhu dibina.

Setiap eksperimen dijalankan selama 7 - 10 minit.

Hasil percubaan

Berdasarkan data yang diperolehi dalam perjalanan empat eksperimen, graf telah dibina

Semasa percubaan, kesan Seebeck langsung dan kesan Peltier songsang bagi unsur-unsur yang sepadan diperhatikan, nilai voltannya adalah lebih kurang sama. Seperti yang dapat dilihat daripada graf, pergantungan voltan pada elemen pada perbezaan suhu permukaan adalah serupa. Perbezaan dalam nilai dijelaskan oleh perbezaan ciri-ciri objek.

Perbandingan kesan Peltier langsung dan kesan Seebeck songsang

Kesan Seebeck songsang

Seperti yang dapat dilihat daripada graf, dengan mengambil kira ralat yang berkaitan dengan ciri reka bentuk peranti (ditunjukkan dalam arahan), kita boleh mengandaikan bahawa suhu tidak berubah semasa percubaan, yang menunjukkan bahawa kesan Seebeck terbalik tidak berdaftar.

Ini boleh dinilai dengan carta dengan penambahan garis arah aliran.

Kesan Peltier langsung

Eksperimen mengesahkan kehadiran kesan Peltier langsung: suhu meningkat di satu bahagian mandi dan turun di bahagian lain.

Kesimpulan yang sama berikutan daripada analisis perubahan dalam perbezaan suhu antara kedua-dua belah unsur Peltier.

Kesimpulan:

Elemen Peltier mempunyai kedua-dua kesan hadapan dan belakang. Elemen Seebeck hanya boleh digunakan dalam arah hadapan.

KESIMPULAN

Semasa menjalankan kajian berdasarkan sumber yang ada, sejarah dan ciri kesan Peltier langsung dan songsang, kesan Seebeck langsung dan songsang telah dikaji.

Penciptaan pemasangan yang cekap memungkinkan untuk secara kualitatif menjalankan eksperimen yang dirancang untuk mengesahkan hipotesis yang dikemukakan.

Kajian itu mendedahkan ciri tersendiri bagi kesan Peltier dan kesan Seebeck apabila digunakan dalam arah hadapan dan belakang.

Andaian tentang ketiadaan kesan Seebeck songsang telah disahkan sepenuhnya. Berdasarkan kenyataan ini, perlu diingat bahawa unsur-unsur seperti unsur Peltier dan Seebeck adalah lebih cekap untuk digunakan untuk tujuan yang dimaksudkan, walaupun terdapat kemungkinan untuk menggunakan kesan Seebeck langsung dan kesan Peltier songsang. Sekiranya terdapat persamaan yang membina, bagaimanapun, untuk mematuhi teknologi, seseorang harus bekerja dengan kesan tertentu.

Selepas kajian terperinci tentang kesan Peltier, kita boleh membuat kesimpulan bahawa, walaupun pada hakikatnya penggunaan kesan Peltier memerlukan langkah dan penyelidikan tambahan untuk mengkaji penggunaan modul Peltier yang selamat dan rasional sebagai peranti penyejuk, fenomena ini sangat menjanjikan.

SENARAI LITERATUR TERGUNA

1. Landau L.D., Lifshitz E.M. Fizik Teoretikal: Proc. elaun: Untuk universiti. Pada 10. t. T. VIII. Elektrodinamik media berterusan. - ed. ke-4, stereot.-m.: Fizmatlit, 2000. - 656 p.

2. Narkevich I.I. Fizik: Buku Teks / I.I. Narkevich, E.I. Vomlyansky, S.I. Lobko. - Minsk: Pengetahuan baru, 2004. - 680 p.

3. Rowell G., Herbert S. Fizik / Per. dari bahasa Inggeris. ed. V.G. Razumovsky. - M.: Pencerahan, 1994. - 576 p.: ill.

4. Sivukhin S.D. Kursus am fizik.- M.: Nauka, 1977.- V.3. Elektrik.- S.490-494.

5. Fizik: Ensiklopedia./ Di bawah. Ed. Yu.V. Prokhorov. - M.: Bolshaya Ensiklopedia Rusia, 2003. - 944 p.: ill., 2 p. kol.

6. Ensiklopedia fizikal, v. 5. Peranti stroboskopik - kecerahan / Ch. ed. A.M. Prokhorov. Ed. Kol.: D.M. Baldin, Ensiklopedia Besar Rusia, 1998. - 760 p.

7. Vladimir Lank, Miroslav Vondra. Fizika v koktel. - Ceska republika: FRAGMENT, 2000. - 120 p. Buku teks untuk sekolah menengah, Republik Slovak.

8. Tsokos K.A. Fizik untuk Diploma IB. Edisi kelima. - UK: Cambridge University Press, 2004. - 850 p. Buku teks untuk Program Baccalaureate Antarabangsa

9. Laman web 3bssaintifik. [sumber elektronik]// https://www.3bscientific.ru/laboratory-installation-seebeck-effect-8000731-ue6020500-230,p_1440_28886.html (diakses pada 18 Februari 2018)

Lampiran 1. Keputusan eksperimen

Eksperimen 1. Kesan Seebeck Langsung

Masa t, s	Perbezaan suhu Δ t, o C	Voltan U, V

Eksperimen 2. Kesan Peltier Songsang

Masa t, s	Suhu air sejuk t x , o C	Suhu air panas t g, o C	Perbezaan suhu Δ t, o C	Voltan U, V

Eksperimen 3. Kesan Seebeck Songsang

Masa t, s	Suhu air sejuk t x, o C	Suhu air panas t g, o C	Perbezaan suhu Δ t, o C	voltan

Eksperimen 4. Kesan Direct Peltier

Masa t, s	Suhu air sejuk t x, o C	Suhu air panas t g, o C	Perbezaan suhu Δ t, o C	Voltan U, V

Lampiran 2. Foto pemasangan

Kesan Peltier terdiri daripada fakta bahawa apabila arus dialirkan melalui litar, dalam hubungan konduktor yang berbeza, sebagai tambahan kepada haba Joule, haba Peltier dilepaskan atau diserap. Jumlah haba Peltier Q hlm berkadar dengan caj Ia melalui kenalan

di mana P ialah pekali Peltier.

Jika anda menukar arah arus, sesentuh sejuk dan panas akan bertukar tempat.

Terdapat sambungan langsung antara kesan Peltier dan Seebeck: perbezaan suhu menyebabkan arus elektrik dalam litar yang terdiri daripada konduktor yang berbeza, dan arus yang melalui litar sedemikian mewujudkan perbezaan suhu antara kenalan. Hubungan ini dinyatakan oleh persamaan Thomson

Mekanisme kesan Peltier boleh dijelaskan dengan paling mudah dan jelas menggunakan litar logam-n-semikonduktor-logam; di mana pin berada neutral. Dalam kes ini, fungsi kerja logam dan semikonduktor adalah sama, tiada selekoh jalur dan tiada lapisan susutan atau pengayaan. Dalam keadaan keseimbangan, paras Fermi logam dan semikonduktor terletak pada ketinggian yang sama, dan bahagian bawah jalur pengaliran berada di atas paras Fermi logam, oleh itu, untuk elektron yang melalui logam ke semikonduktor, terdapat adalah halangan berpotensi dengan ketinggian - E fp(Gamb. 7.12, a).

a) b)

nasi. 7.12. Gambar rajah litar tenaga logam-n-semikonduktor - logam:

a– keadaan keseimbangan; b- aliran arus.

Kami menggunakan beza keupayaan pada litar U(Gamb. 7.12, b). Perbezaan potensi ini akan jatuh terutamanya di kawasan yang mempunyai rintangan yang tinggi, i.e. dalam semikonduktor, di mana akan terdapat perubahan berterusan dalam ketinggian tahap. Aliran elektron berlaku dalam litar, diarahkan dari kanan ke kiri.

Apabila melalui sentuhan yang betul, peningkatan tenaga elektron adalah perlu. Tenaga ini dipindahkan kepada elektron oleh kekisi kristal hasil daripada proses penyerakan, yang membawa kepada penurunan dalam getaran terma kekisi di rantau ini, i.e. kepada penyerapan haba. Pada sentuhan kiri, proses terbalik berlaku - pemindahan tenaga berlebihan oleh elektron E pf kekisi kristal.

Perlu diingatkan bahawa pembawa cas keseimbangan selepas melintasi antara muka bertukar menjadi tidak seimbang dan menjadi keseimbangan hanya selepas pertukaran tenaga dengan kekisi kristal.

Berdasarkan pertimbangan ini, kami akan menganggarkan pekali Peltier. Pengaliran logam melibatkan elektron yang terletak berhampiran aras Fermi, tenaga purata yang boleh dikatakan sama dengan tenaga Fermi. Purata tenaga elektron pengaliran dalam semikonduktor tidak merosot

di mana r- bergantung eksponen λ ~Er.

Oleh itu, setiap elektron, melalui sentuhan, mendapat atau kehilangan tenaga yang sama dengan

Membahagikan tenaga ini dengan cas elektron, kita mendapat pekali Peltier

atau mengambil kira (7.80) dan (7.73)

Hubungan yang serupa boleh diperolehi untuk sesentuh logam-p-semikonduktor

Di sini N C dan N V ialah ketumpatan berkesan keadaan dalam jalur pengaliran dan valens (bahagian 5.3).

Untuk sentuhan logam-ke-logam, pekali Peltier boleh ditentukan menggunakan (7.79)

P 12 =(α 1 -α 2)T, (7.85)

atau mengambil kira ungkapan untuk α

di mana E f 1 dan E f 2 – Paras fermi dalam logam.

Analisis mekanisme berlakunya kesan menunjukkan bahawa pekali Peltier untuk sentuhan logam-logam adalah jauh lebih rendah daripada dalam kes sentuhan logam semikonduktor (lihat subseksyen 7.1, 7.2).

Dalam hubungan semikonduktor yang tidak serupa, sebaliknya, pekali Peltier ternyata jauh lebih tinggi, yang disebabkan oleh halangan potensi yang lebih tinggi pada sempadan simpang p-n. Di samping itu, dalam litar sedemikian, salah satu peralihan dihidupkan ke arah hadapan, dan yang kedua dalam arah sebaliknya. Dalam kes pertama, dominan penggabungan semula pasangan lubang elektron dan pembebasan haba tambahan, dan pada yang kedua, generasi wap dan, dengan itu, penyerapan jumlah haba yang sama.

Kesan penyejukan sentuhan semasa aliran arus adalah penting secara praktikal, kerana ia memungkinkan untuk mencipta peti sejuk termoelektrik untuk menyejukkan peralatan radio-elektronik dan penstabil terma untuk elemen sokongan peralatan. Terdapat juga pelbagai rak penyejuk yang digunakan dalam biologi dan perubatan.

Dalam elektronik terma berfungsi, kesan ini digunakan untuk mencipta impuls terma - pembawa maklumat.

Unsur Peltier dipanggil penukar termoelektrik khas yang beroperasi pada prinsip Peltier. (pembentukan perbezaan suhu apabila arus elektrik disambungkan, dengan kata lain, penyejuk termoelektrik).

Bukan rahsia lagi bahawa peranti elektronik menjadi panas semasa operasi. Pemanasan mempunyai kesan negatif terhadap proses kerja, oleh itu, untuk entah bagaimana menyejukkan peranti, elemen khas dibina ke dalam badan peranti, dinamakan sempena pencipta dari Perancis - Peltier. Ini ialah elemen bersaiz kecil yang boleh menyejukkan komponen radio pada papan peranti. Apabila memasangnya sendiri, tidak akan ada masalah; pemasangan dalam litar dilakukan dengan besi pematerian biasa.

1 - Penebat seramik
2 - Konduktor n - jenis
3 - Konduktor p - jenis
4 - Pengalir kuprum

Pada masa awal, tiada siapa yang berminat dalam isu penyejukan, jadi ciptaan ini dibiarkan tanpa digunakan. Dua abad kemudian, apabila menggunakan peranti elektronik dalam kehidupan seharian dan industri, elemen Peltier kecil mula digunakan, mengingati kesan pencipta Perancis.

Prinsip operasi

Untuk memahami bagaimana elemen berdasarkan ciptaan Peltier berfungsi, adalah perlu untuk memahami proses fizikal. Kesannya adalah untuk menggabungkan dua bahan pengalir dengan tenaga elektron yang berbeza di kawasan pengaliran. Apabila arus elektrik disambungkan ke zon ikatan, elektron menerima tenaga yang tinggi untuk bergerak ke zon dengan kekonduksian semikonduktor kedua yang lebih tinggi. Semasa penyerapan tenaga, konduktor menjadi sejuk. Apabila arus mengalir dalam arah yang bertentangan, kesan biasa pemanasan sentuhan berlaku.

Semua kerja dijalankan pada tahap kekisi atom bahan. Untuk lebih memahami kerja, bayangkan gas zarah - fonon. Suhu gas bergantung pada parameter:

sifat logam.
Suhu persekitaran.

Kami menganggap bahawa logam itu terdiri daripada campuran elektron dan gas fonon, yang berada dalam keseimbangan termodinamik. Semasa sentuhan dua logam dengan suhu yang berbeza, gas elektron sejuk bergerak ke dalam logam panas. Perbezaan potensi tercipta.

Di persimpangan sentuhan, elektron menyerap tenaga fonon dan memindahkannya ke fonon logam yang lain. Apabila menukar kutub sumber semasa, keseluruhan proses akan menjadi tindakan terbalik. Perbezaan suhu akan meningkat selagi terdapat elektron bebas yang berpotensi besar. Dalam ketiadaan mereka, akan ada keseimbangan suhu dalam logam.

Jika sink haba berkualiti tinggi dalam bentuk radiator dipasang pada satu sisi plat Peltier, maka bahagian kedua plat akan menghasilkan suhu yang lebih rendah. Ia akan menjadi beberapa puluh darjah lebih rendah daripada udara sekeliling. Semakin besar nilai semasa, semakin kuat penyejukan. Dengan kekutuban songsang arus, bahagian sejuk dan panas akan berubah antara satu sama lain.

Apabila menyambungkan elemen Peltier ke logam, kesannya menjadi tidak ketara, jadi dua elemen dipasang secara praktikal. Nombor mereka boleh menjadi apa-apa, ia bergantung kepada keperluan untuk kuasa penyejukan.

Keberkesanan kesan Peltier bergantung pada seberapa tepat sifat logam dipilih, arus yang mengalir melalui peranti, dan kadar penyingkiran haba.

Skop penggunaan

Untuk mengaplikasikan unsur Peltier secara praktikal, para saintis membuat beberapa eksperimen yang menunjukkan peningkatan dalam penyingkiran haba dicapai dengan menambah bilangan sebatian 2 bahan. Semakin banyak bilangan simpang bahan, semakin besar kesannya. Lebih kerap dalam kehidupan kita, elemen sedemikian berfungsi untuk menyejukkan peranti elektronik, mengurangkan suhu dalam litar mikro.

Berikut adalah beberapa kegunaannya:

Peranti penglihatan malam.
Kamera digital, peranti komunikasi, litar mikro yang memerlukan penyejukan berkualiti tinggi untuk kesan gambar yang terbaik.
Teleskop dengan penyejukan.
Perapi.
Sistem penyejukan jam yang tepat untuk penjana elektrik kuarza.
Peti sejuk.
Penyejuk untuk air.
Peti ais kereta.
Kad video.

Unsur peltier sering digunakan dalam sistem penyejukan dan penyaman udara. Adalah mungkin untuk mencapai suhu yang agak rendah, yang membuka kemungkinan menggunakan peralatan dengan peningkatan pemanasan untuk penyejukan.

Pada masa ini, pakar menggunakan elemen Peltier dalam sistem akustik yang bertindak sebagai penyejuk. Elemen peltier tidak menghasilkan sebarang bunyi, jadi kebisingan adalah salah satu kelebihannya. Teknologi ini telah menjadi popular kerana pemindahan haba yang kuat. Barangan yang dibuat mengikut Teknologi moden, mempunyai dimensi padat, radiator penyejuk mengekalkan suhu tertentu untuk masa yang lama.

Kelebihan unsur-unsur adalah hayat perkhidmatan yang panjang, kerana ia dibuat dalam bentuk badan monolitik, kerosakan tidak mungkin. Reka bentuk yang ringkas jenis yang biasa digunakan secara meluas adalah mudah, terdiri daripada dua wayar tembaga dengan terminal dan wayar, penebat seramik.

Ini adalah senarai kecil aplikasi. Ia berkembang dengan mengorbankan peranti isi rumah, komputer, kereta. Ia boleh diperhatikan penggunaan elemen Peltier dalam penyejukan mikropemproses dengan prestasi tinggi. Sebelum ini, hanya kipas dipasang di dalamnya. Kini, apabila memasang modul dengan elemen Peltier, bunyi dalam pengendalian peranti telah berkurangan dengan ketara.

Adakah litar penyejukan dalam peti sejuk konvensional akan ditukar kepada litar menggunakan kesan Peltier? Hari ini, ini hampir tidak mungkin, kerana unsur-unsur mempunyai kecekapan yang rendah. Kos mereka juga tidak membenarkan mereka digunakan dalam peti sejuk, kerana ia agak tinggi. Masa depan akan menunjukkan bagaimana hala tuju ini akan berkembang. Hari ini, eksperimen sedang dijalankan dengan penyelesaian pepejal yang serupa dalam struktur dan sifat. Apabila menggunakannya, harga modul penyejukan mungkin berkurangan.

Kesan songsang unsur Peltier

Teknologi jenis ini mempunyai ciri-ciri fakta menarik. Ini adalah kesan penjanaan arus elektrik dengan menyejukkan dan memanaskan plat modul Peltier. Dengan kata lain, ia berfungsi sebagai penjana tenaga elektrik, dengan kesan sebaliknya.

Penjana elektrik sedemikian masih wujud secara teori semata-mata, tetapi seseorang boleh berharap untuk pembangunan masa depan arah ini. Pada satu masa, pencipta Perancis tidak menemui permohonan untuk penemuannya.

Hari ini, kesan termoelektrik ini digunakan secara meluas dalam elektronik. Sempadan aplikasi sentiasa berkembang, yang disahkan oleh laporan dan pengalaman penyelidik dan saintis. Pada masa hadapan, perkakas rumah dan elektronik akan mempunyai keupayaan inovasi yang sempurna. Peti sejuk akan menjadi senyap, sama seperti komputer. Sementara itu, modul Peltier dipasang dalam litar yang berbeza untuk menyejukkan komponen radio.

Kelebihan dan kekurangan

Kelebihan elemen Peltier termasuk fakta berikut:

Badan elemen yang padat membolehkan ia dipasang pada papan dengan komponen radio.
Tiada bahagian yang bergerak dan bergesel, yang meningkatkan hayat perkhidmatannya.
Membenarkan sambungan banyak elemen dalam satu lata, mengikut skema yang membolehkan anda mengurangkan suhu bahagian yang sangat panas.
Apabila kekutuban voltan bekalan diterbalikkan, elemen akan berfungsi dalam susunan terbalik, iaitu, bahagian penyejukan dan pemanasan akan bertukar tempat.

Kelemahannya adalah perkara berikut:

Pekali tindakan yang tidak mencukupi, menjejaskan peningkatan arus input, untuk mencapai perbezaan suhu yang diperlukan.
Sistem yang agak kompleks untuk mengeluarkan haba dari permukaan penyejukan.

Cara membuat elemen Peltier untuk peti sejuk

Anda boleh membuat sendiri elemen Peltier sedemikian dengan cepat dan mudah. Mula-mula anda perlu membuat keputusan mengenai bahan plat. Ia perlu mengambil plat elemen yang diperbuat daripada seramik tahan lama, menyediakan konduktor dalam jumlah lebih daripada 20 keping, untuk memastikan perbezaan suhu yang paling besar. Dengan bilangan elemen kecekapan yang mencukupi, peningkatan ketara dalam prestasi peti sejuk akan berlaku.

Kuasa peti sejuk yang digunakan memainkan peranan penting. Jika ia beroperasi pada freon cecair, maka tidak akan ada masalah dengan prestasi. Plat elemen dipasang berhampiran penyejat yang dipasang dengan enjin. Untuk pemasangan sedemikian, anda memerlukan beberapa set gasket dan alat. Ini akan memastikan penyejukan pantas bahagian bawah peti sejuk.

Penebat berhati-hati konduktor adalah perlu, hanya selepas itu ia disambungkan ke pemampat. Selepas melengkapkan pemasangan, anda perlu menyemak voltan dengan multimeter. Sekiranya berlaku kerosakan unsur-unsur (contohnya, litar pintas), termostat akan berfungsi.

Aplikasi lain modul termoelektrik

Kesan modulus Peltier digunakan hari ini, terima kasih kepada undang-undang fizik. Tenaga berlebihan unsur-unsur sentiasa berguna di mana pertukaran haba yang senyap dan pantas diperlukan.

Tempat utama penggunaan modul:

Penyejukan mikropemproses.
Enjin pembakaran dalaman menghasilkan gas ekzos, yang telah mula digunakan oleh saintis untuk menjana tenaga tambahan menggunakan modul termoelektrik. Tenaga yang diperoleh dengan cara ini disalurkan semula ke dalam motor dalam bentuk elektrik. Ini mewujudkan penjimatan bahan api.
Dalam perkakas rumah yang bertindak pada pemanasan atau penyejukan.

Penyejuk penyejuk boleh bertukar menjadi pemanas, dan peti sejuk boleh bertindak sebagai kabinet pemanas jika kekutuban DC diterbalikkan. Ini dipanggil kesan boleh balik.

Prinsip ini digunakan dalam recuperator. Ia terdiri daripada kotak dua ruang. Mereka berkomunikasi antara satu sama lain dengan peminat. Elemen peltier memanaskan udara sejuk yang masuk dari luar dengan bantuan tenaga yang diekstrak daripada udara hangat di dalam bilik. Peranti sedemikian menjimatkan kos pemanasan.

Kesan peltier Kesan peltier

pelepasan atau penyerapan haba apabila arus melalui sentuhan (simpang) dua konduktor yang berbeza. Jumlah haba adalah berkadar dengan kekuatan arus. Digunakan dalam unit penyejukan. Dibuka pada tahun 1834 oleh J. Pelletier.

KESAN PELTIER

KESAN PELTIER, untuk fenomena termoelektrik (cm. FENOMENA TERMOELEKTRIK), terdiri daripada pembebasan atau penyerapan haba semasa laluan arus elektrik melalui sentuhan (simpang) dua konduktor yang berbeza. Kesan Peltier ialah songsangan bagi kesan Seebeck. (cm. KESAN SEEBECK).
Dibuka pada tahun 1834 oleh J. Pelletier (cm. PELTIER Jean Charles Athanaz), yang mendapati bahawa apabila arus melalui persimpangan dua konduktor berbeza, suhu persimpangan itu berubah. Pada tahun 1838 E. H. Lenz (cm. LENTS Emil Khristianovich) menunjukkan bahawa dengan kekuatan arus yang cukup besar, seseorang boleh sama ada membekukan atau mendidihkan setitik air yang dimendapkan pada simpang dengan menukar arah arus.
Intipati kesan Peltier ialah apabila arus elektrik melalui sentuhan dua logam atau semikonduktor di kawasan sentuhan mereka, sebagai tambahan kepada haba Joule biasa, sejumlah haba tambahan dibebaskan atau diserap, dipanggil haba Peltier Q p. Berbeza dengan haba Joule, yang berkadar dengan kekuatan arus kuasa dua, nilai Q p adalah berkadar dengan kuasa pertama arus.
Q p \u003d P. I. t.
t - masa laluan semasa,
I - kekuatan semasa.
P - Pekali peltier, faktor kekadaran, bergantung pada sifat bahan yang membentuk sentuhan. Konsep teori memungkinkan untuk menyatakan pekali Peltier dari segi ciri mikroskopik elektron pengaliran.
Pekali peltier P = T Da, dengan T ialah suhu mutlak, dan Da ialah perbezaan dalam pekali termoelektrik konduktor. Arah arus menentukan sama ada haba Peltier dilepaskan atau diserap.
Sebab kesannya ialah dalam kes sentuhan antara logam atau semikonduktor, perbezaan potensi sentuhan dalaman timbul pada antara muka. Ini membawa kepada fakta bahawa tenaga potensi pembawa pada kedua-dua belah sentuhan menjadi berbeza, kerana tenaga purata pembawa semasa bergantung pada spektrum tenaga, kepekatan dan mekanisme penyebaran dan berbeza dalam konduktor yang berbeza. Oleh kerana tenaga purata elektron yang terlibat dalam pemindahan arus berbeza dalam konduktor yang berbeza, dalam proses perlanggaran dengan ion kekisi, pembawa mengeluarkan tenaga kinetik yang berlebihan kepada kekisi, dan haba dibebaskan. Jika semasa peralihan melalui sentuhan tenaga potensi pembawa berkurangan, maka tenaga kinetiknya meningkat dan elektron, berlanggar dengan ion kekisi, meningkatkan tenaganya kepada nilai purata, manakala haba Peltier diserap. Oleh itu, apabila elektron melalui sentuhan, elektron sama ada memindahkan tenaga yang berlebihan kepada atom atau menambahnya dengan perbelanjaan mereka.
Semasa peralihan elektron daripada semikonduktor kepada logam, tenaga elektron pengaliran semikonduktor adalah jauh lebih tinggi daripada paras Fermi (lihat tenaga Fermi (cm. FERMI-TENAGA)) logam, dan elektron melepaskan tenaga berlebihannya. Kesan Peltier amat kuat dalam semikonduktor, yang digunakan untuk mencipta peranti semikonduktor penyejukan dan pemanasan, termasuk penciptaan peti sejuk mikro dalam unit penyejukan.

Kamus ensiklopedia. 2009 .

Lihat apakah "kesan Peltier" dalam kamus lain:

Pembebasan atau penyerapan haba semasa laluan elektrik. semasa I melalui sentuhan dua decomp. konduktor. Pembebasan haba digantikan dengan penyerapan apabila arah arus berubah. Perancis dibuka. ahli fizik J. Peltier pada tahun 1834. Jumlah haba ... ... Ensiklopedia Fizikal

Kesan Peltier ialah proses menjana atau menyerap haba apabila arus elektrik melalui sentuhan dua konduktor yang berbeza. Jumlah haba yang dibebaskan dan tandanya bergantung pada jenis bahan sentuhan, kekuatan semasa dan masa perjalanan ... ... Wikipedia

Pembebasan atau penyerapan haba apabila arus melalui sentuhan (simpang) dua konduktor berbeza. Jumlah haba adalah berkadar dengan kekuatan arus. Digunakan dalam unit penyejukan. Dibuka pada tahun 1834 oleh J. Peltier ... Kamus Ensiklopedia Besar

Pembebasan atau penyerapan haba apabila arus elektrik melalui sentuhan (simpang) dua konduktor berbeza. Pembebasan haba digantikan dengan penyerapan apabila arah arus berubah. Ditemui oleh J. Peltier pada tahun 1834. Jumlah yang diperuntukkan atau ... Ensiklopedia Soviet yang Hebat

Kesan Peltier ialah fenomena termoelektrik di mana haba dibebaskan atau diserap apabila arus elektrik melalui pada titik sentuhan (simpang) dua konduktor yang tidak serupa. Jumlah haba yang dibebaskan dan tandanya bergantung pada jenis ... Wikipedia

Pembebasan atau penyerapan (bergantung kepada arah arus) haba pada sentuhan dua semikonduktor yang tidak serupa atau logam dan semikonduktor

Animasi

Penerangan

Kesan Peltier ialah fenomena termoelektrik yang bertentangan dengan kesan Seebeck: apabila arus elektrik I dialirkan melalui sentuhan (simpang) dua pelbagai bahan(konduktor atau semikonduktor) pada sentuhan, sebagai tambahan kepada haba Joule, haba Peltier tambahan Q P dilepaskan dalam satu arah arus dan diserap dalam arah yang bertentangan.

Jumlah haba yang dibebaskan Q P dan tandanya bergantung pada jenis bahan bersentuhan, kekuatan semasa dan masa laluannya:

dQ P = p 12 P I P dt.

Di sini p 12 = p 1 -p 2 ialah pekali Peltier untuk sentuhan tertentu, berkaitan dengan pekali Peltier mutlak p 1 dan p 2 bahan sentuhan. Diandaikan bahawa arus mengalir dari sampel pertama ke sampel kedua. Apabila haba Peltier dibebaskan, kita mempunyai: Q P >0,p 12 >0, p 1 > p 2 . Apabila haba Peltier diserap, ia dianggap negatif dan, oleh itu: Q P<0,p 12 <0, p 1

Daripada haba Peltier, kuantiti fizikal sering digunakan, ditakrifkan sebagai tenaga haba yang dikeluarkan setiap saat pada sentuhan kawasan unit. Nilai ini, dipanggil kuasa pelepasan haba, ditentukan oleh formula:

q P = p 12 H j ,

di mana j=I/S - ketumpatan arus;

S - kawasan sentuhan;

dimensi kuantiti ini ialah SI \u003d W / m2.

Ia mengikuti daripada undang-undang termodinamik bahawa pekali Peltier dan pekali termokuasa a dikaitkan dengan hubungan:

p \u003d aCh T,

di mana T ialah suhu sentuhan mutlak.

Pekali Peltier, yang merupakan ciri teknikal penting bahan, biasanya tidak diukur, tetapi dikira daripada pekali kuasa termo, yang lebih mudah untuk diukur.

Pada rajah. 1 dan rajah. 2 menunjukkan litar tertutup yang terdiri daripada dua semikonduktor berbeza PP1 dan PP2 dengan sesentuh A dan B.

Penjanaan haba peltier (terminal A)

nasi. satu

Penyerapan haba peltier (pin A)

nasi. 2

Litar sedemikian biasanya dipanggil thermoelement, dan cawangannya dipanggil thermoelectrodes. Arus I mengalir melalui litar, dicipta oleh sumber luaran e. nasi. 1 menggambarkan keadaan apabila pada sentuhan A (arus mengalir dari PP1 ke PP2) Haba peltier dilepaskan Q P (A)> 0, dan pada sentuhan B (arus diarahkan dari PP2 ke PP1) penyerapannya ialah Q P (V)<0 . В результате происходит изменение температур спаев: Т А >T V .

Pada rajah. 2 perubahan dalam tanda sumber menukar arah arus ke arah yang bertentangan: dari PP2 ke PP1 pada kenalan A dan dari PP1 ke PP2 pada kenalan B. Sehubungan itu, tanda haba Peltier dan hubungan antara suhu sesentuh berubah: Q P (A)<0, Q P (В)>0, T A<Т В .

Sebab berlakunya kesan Peltier pada sentuhan semikonduktor dengan jenis pembawa arus yang sama (dua semikonduktor jenis-n atau dua semikonduktor jenis-p) adalah sama seperti dalam kes sentuhan antara dua konduktor logam. Pembawa semasa (elektron atau lubang) pada sisi bertentangan simpang mempunyai tenaga purata yang berbeza, yang bergantung kepada banyak faktor: spektrum tenaga, kepekatan, dan mekanisme penyerakan pembawa cas. Jika pembawa, setelah melalui persimpangan, jatuh ke kawasan dengan tenaga yang lebih rendah, mereka memindahkan lebihan tenaga ke kisi kristal, akibatnya haba Peltier dilepaskan berhampiran sentuhan (Q P > 0 ) dan sentuhan suhu meningkat. Pada masa yang sama, di persimpangan yang lain, pembawa, bergerak ke kawasan dengan tenaga yang lebih tinggi, meminjam tenaga yang hilang daripada kekisi, dan haba Peltier diserap (Q P<0 ) и понижение температуры.

Kesan Peltier, seperti semua fenomena termoelektrik, amat ketara dalam litar yang terdiri daripada semikonduktor elektronik (n - type) dan lubang (p - type). Dalam kes ini, kesan Peltier mempunyai penjelasan yang berbeza. Mari kita pertimbangkan keadaan apabila arus dalam sesentuh pergi dari semikonduktor lubang ke elektronik (p ® n). Dalam kes ini, elektron dan lubang bergerak ke arah satu sama lain dan, setelah bertemu, bergabung semula. Hasil daripada penggabungan semula, tenaga dibebaskan, yang dikeluarkan dalam bentuk haba. Keadaan ini dipertimbangkan dalam Rajah. 3, yang menunjukkan jalur tenaga (e c - jalur konduksi, e v - jalur valens) untuk semikonduktor kekotoran dengan kekonduksian lubang dan elektron.

Penjanaan haba peltier pada sentuhan semikonduktor jenis p dan n

nasi. 3

Pada rajah. 4 (e c - jalur pengaliran, e v - jalur valens) menggambarkan penyerapan haba Peltier untuk kes apabila arus mengalir dari n ke p - semikonduktor (n ® p).

Penyerapan haba peltier pada sentuhan semikonduktor jenis p dan n

nasi. empat

Di sini, elektron dalam elektronik dan lubang dalam semikonduktor lubang bergerak ke arah yang bertentangan, bergerak menjauhi antara muka. Kehilangan pembawa semasa di kawasan sempadan diisi semula kerana pengeluaran elektron dan lubang berpasangan. Pembentukan pasangan tersebut memerlukan tenaga, yang dibekalkan oleh getaran haba atom kekisi. Elektron dan lubang yang terhasil dibawa pergi ke arah yang bertentangan oleh medan elektrik. Oleh itu, semasa arus mengalir melalui sentuhan, kelahiran pasangan baru berterusan berlaku. Akibatnya, haba akan diserap dalam sentuhan.

Agar kesan Peltier dapat dilihat pada latar belakang pemanasan umum yang berkaitan dengan pelepasan haba Joule-Lenz, syarat berikut mesti dipenuhi: S Q P Sі Q J . . Akibatnya, hubungan berikut diperoleh, yang mesti diambil kira semasa menjalankan eksperimen:

di mana R ialah rintangan bahagian termoelektrod panjang l, di mana haba dibebaskan;

r - kerintangan elektrik.

Pekali Peltier, yang menentukan jumlah haba Peltier yang dibebaskan pada sentuhan, bergantung pada sifat bahan yang bersentuhan dan suhu sentuhan: p 12 \u003d a 12 T \u003d (a 1 - a 2 ) T, di mana a 1 dan a 2 ialah pekali kuasa termo mutlak bagi bahan bersentuhan. Jika bagi kebanyakan pasangan logam pekali kuasa termo adalah dari susunan 10-5 × 10-4 V/K, maka bagi semikonduktor ia boleh menjadi lebih tinggi (sehingga 1.5 × 10-3 V/K). Untuk semikonduktor dengan jenis kekonduksian yang berbeza, a mempunyai tanda yang berbeza, akibatnya Sa 12 S = Sa 1 S + Sa 2 S.

Perlu diingatkan bahawa pekali termoelektrik bergantung dengan cara yang kompleks pada komposisi dan suhu semikonduktor, manakala, berbanding dengan logam, pergantungan suhu a untuk semikonduktor adalah lebih ketara. Tanda a ditentukan oleh tanda pembawa caj. Tiada empirikal am, apatah lagi formula teori yang akan merangkumi sifat termoelektrik semikonduktor dalam julat suhu yang luas. Biasanya, daya thermoelectromotive a semikonduktor, bermula dari nilai a \u003d 0 pada T \u003d 0, mula-mula tumbuh secara berkadar dengan T, kemudian lebih perlahan, selalunya kekal malar dalam julat suhu tertentu, dan di kawasan suhu tinggi ( lebih 500 Kd 700 K) mula berkurangan mengikut hukum a~ 1/T.

Satu lagi ciri yang membezakan semikonduktor ialah peranan penentu kekotoran, pengenalan yang memungkinkan bukan sahaja untuk menukar nilai berkali-kali, tetapi juga untuk menukar tanda a.

Dalam semikonduktor dengan kekonduksian campuran, sumbangan kepada kuasa termoelektrik lubang dan elektron adalah bertentangan, yang membawa kepada nilai kecil a dan p.

Dalam kes tertentu apabila kepekatan (n) dan mobiliti (u) elektron dan lubang adalah sama (ne = np dan ue = atas ), nilai a dan p lenyap:

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

Kesan Peltier, seperti fenomena termoelektrik lain, mempunyai ciri fenomenologi.

Kesan Peltier dalam semikonduktor digunakan untuk penyejukan dan pemanasan termoelektrik, yang menemui aplikasi praktikal dalam kawalan suhu dan dalam peranti penyejukan.

Fenomena Peltier ditemui oleh J. Peltier pada tahun 1834.

Masa

Masa permulaan (log ke -3 hingga 2);

Sepanjang hayat (log tc 15 hingga 15);

Masa degradasi (log td -3 hingga 2);

Masa pembangunan optimum (log tk -2 hingga 3).

rajah:

Realisasi teknikal kesannya

Pelaksanaan teknikal kesan Peltier dalam semikonduktor

Unit teknologi utama semua peranti penyejukan termoelektrik ialah bateri termoelektrik yang dipasang daripada termoelektrik bersambung siri. Oleh kerana konduktor logam mempunyai sifat termoelektrik yang lemah, thermoelemen diperbuat daripada semikonduktor, dan salah satu cabang termoelemen mesti terdiri daripada lubang semata-mata (jenis-p), dan satu lagi daripada semikonduktor elektronik (jenis-n) semata-mata. Jika kita memilih arah arus sedemikian (Rajah 5), di mana haba Peltier akan diserap pada kenalan yang terletak di dalam peti sejuk, dan dilepaskan ke ruang sekeliling pada kenalan luaran, maka suhu di dalam peti sejuk akan berkurangan, dan ruang di luar peti sejuk akan menjadi panas (yang berlaku pada mana-mana reka bentuk peti sejuk).

Gambarajah skematik peti sejuk termoelektrik

nasi. 5

Ciri utama peranti penyejukan termoelektrik ialah kecekapan penyejukan:

Z= a 2 /(rl) ,

di mana a ialah pekali kuasa termo;

r - kerintangan;

l ialah kekonduksian terma khusus bagi semikonduktor.

Parameter Z ialah fungsi suhu dan kepekatan pembawa cas, dan bagi setiap suhu tertentu terdapat nilai kepekatan optimum di mana nilai Z adalah maksimum. Penurunan suhu maksimum berkaitan dengan nilai kecekapan oleh ungkapan:

D T maks \u003d (1/2) H Z H T 2,

di mana T ialah suhu simpang sejuk bagi unsur termo.

Lebih besar nilai Z untuk cawangan individu, lebih besar nilai Z = (a 1 + a 2 ) 2 /(Цr 1 l 1 +Цr 2 l 2 ) 2 , yang menentukan kecekapan. keseluruhan termokopel. Adalah dinasihatkan untuk memilih semikonduktor dengan nilai mobiliti tertinggi dan dengan kekonduksian terma minimum. Pengenalan bendasing tertentu ke dalam semikonduktor adalah cara utama yang tersedia untuk menukar penunjuknya (a, r, l) ke arah yang dikehendaki.

Peranti penyejukan termoelektrik moden memberikan pengurangan suhu daripada +20o C hingga 200o C; kapasiti penyejukan mereka, sebagai peraturan, tidak lebih daripada 100 watt.

Dari segi teknologi, rod yang diperbuat daripada bahan semikonduktor dengan kekonduksian p- dan n (1) dipasang pada papan pengalir haba yang diperbuat daripada bahan penebat (2) menggunakan penyambung logam (3) seperti yang ditunjukkan dalam rajah. 6.

Gambar rajah modul termoelektrik

nasi. 6

Mengaplikasikan kesan

Bidang utama penggunaan praktikal kesan Peltier dalam semikonduktor ialah: mendapatkan sejuk untuk mencipta peranti penyejukan termoelektrik, pemanasan untuk tujuan pemanasan, kawalan suhu, kawalan proses penghabluran di bawah keadaan suhu malar.

Kaedah penyejukan termoelektrik mempunyai beberapa kelebihan berbanding kaedah penyejukan lain. Peranti termoelektrik dibezakan dengan kemudahan kawalan, kemungkinan kawalan suhu halus, kebisingan, dan kebolehpercayaan yang tinggi. Kelemahan utama peranti termoelektrik adalah kecekapan rendah mereka, yang tidak membenarkan mereka digunakan untuk pengeluaran industri "sejuk".

Peranti penyejukan termoelektrik digunakan dalam peti sejuk isi rumah dan pengangkutan, termostat, untuk penyejukan dan kawalan suhu unsur termosensitif peralatan radio-elektronik dan optik, untuk mengawal proses penghabluran, dalam peranti bioperubatan, dsb.

Dalam teknologi komputer, peranti penyejuk termoelektrik mempunyai nama slanga "penyejuk" (dari bahasa Inggeris cooler - cooler).

kesusasteraan

1. Ensiklopedia Fizikal.- M.: Great Russian Encyclopedia, 1998.- V.5.- S.98-99, 125.

2. Sivukhin S.D. Kursus am fizik.- M.: Nauka, 1977.- V.3. Elektrik.- S.490-494.

3. Stilbans L.S. Fizik semikonduktor.- M., 1967.- S.75-83, 292-311.

4. Ioffe A.F. Termoelemen semikonduktor - M., 1960.

Kata kunci