categorieën: Interessante feiten, Interessant elektrisch nieuws
Aantal keer bekeken: 86993
Reacties op het artikel: 8
Peltier-effect: het magische effect van elektrische stroom
Het begin van de 19e eeuw. De gouden eeuw van natuurkunde en elektrotechniek. In 1834 plaatste de Franse horlogemaker en natuuronderzoeker Jean-Charles Peltier een druppel water tussen de bismut- en antimoonelektroden en leidde vervolgens een elektrische stroom door het circuit. Tot zijn verbazing zag hij dat de druppel plotseling was bevroren.
Het thermische effect van elektrische stroom op de geleiders was bekend, maar het tegenovergestelde effect was verwant aan magie. U kunt de gevoelens van Peltier begrijpen: dit fenomeen op het snijvlak van twee verschillende gebieden van de fysica - thermodynamica en elektriciteit - veroorzaakt vandaag een gevoel van verwondering.
Het koelprobleem was niet zo acuut als vandaag. Daarom werd het Peltier-effect pas aangepakt na bijna twee eeuwen, toen elektronische apparaten verschenen, waarvoor miniatuurkoelsystemen nodig waren. waardigheid Peltier koelelementen zijn kleine afmetingen, de afwezigheid van bewegende delen, de mogelijkheid van cascade-verbindingen om grote temperatuurverschillen te verkrijgen.
Bovendien is het Peltier-effect omkeerbaar: wanneer de polariteit van de stroom door de module verandert, wordt de koeling vervangen door verwarming, dus het is gemakkelijk om systemen met nauwkeurig temperatuurbehoud te implementeren - thermostaten. Het nadeel van Peltier-elementen (modules) is de lage efficiëntie, waarvoor grote stroomwaarden moeten worden opgesomd om een merkbaar temperatuurverschil te verkrijgen. De complexiteit wordt weergegeven door het verwijderen van warmte van de plaat tegenover het gekoelde vlak.
Maar eerst dingen eerst. Laten we eerst proberen de fysieke processen te overwegen die verantwoordelijk zijn voor het waargenomen fenomeen. Zonder in de afgrond van wiskundige berekeningen te duiken, zullen we gewoon proberen de aard van dit interessante fysieke fenomeen op de "vingers" te begrijpen.
Omdat we het hebben over temperatuurverschijnselen, vervangen fysici voor het gemak van een wiskundige beschrijving de trillingen van het atoomrooster van een materiaal door een bepaald gas dat als het ware uit deeltjes bestaat - fononen.
De temperatuur van het fonongas hangt af van de omgevingstemperatuur en de eigenschappen van het metaal. Dan is elk metaal een mengsel van elektronen- en fonongassen in thermodynamisch evenwicht. Wanneer twee verschillende metalen in contact komen zonder een extern veld, dringt een "heter" elektronengas door in een "koudere" zone, waardoor een voor iedereen bekend contactpotentiaalverschil ontstaat.
Bij het toepassen van het potentiaalverschil op de overgang, d.w.z. terwijl stroom door de grens van twee metalen stroomt, nemen elektronen energie uit de fononen van het ene metaal en dragen deze over op het fonongas van een ander. Met een verandering in polariteit verandert de overdracht van energie, wat betekent dat verwarming en koeling, van teken veranderen.
In halfgeleiders zijn elektronen en "gaten" verantwoordelijk voor energieoverdracht, maar het mechanisme van warmteoverdracht en het uiterlijk van een temperatuurverschil blijft behouden. Het temperatuurverschil neemt toe totdat de hoogenergetische elektronen leeg zijn. Temperatuurevenwicht begint. Dit is het moderne beeld van de beschrijving Peltier effect.
Daaruit blijkt duidelijk Peltier-elementprestaties hangt af van de selectie van een paar materialen, de huidige sterkte en de snelheid van warmteafvoer uit de hete zone. Voor moderne materialen (meestal halfgeleiders) is het rendement 5-8%.
En nu over de praktische toepassing van het Peltier-effect. Om het te vergroten, worden individuele thermokoppels (knooppunten van twee verschillende materialen) geassembleerd in groepen bestaande uit tientallen en honderden elementen. Het hoofddoel van dergelijke modules is het koelen van kleine objecten of microschakelingen.
Thermo-elektrische koelmodule
Modules op basis van het Peltier-effect worden veel gebruikt in nachtzichtapparaten met een matrix van infraroodontvangers.Ladingsgekoppelde microschakelingen (CCD's), die tegenwoordig ook in digitale camera's worden gebruikt, vereisen diepe koeling om beelden in het infraroodgebied op te nemen. Peltier-modules koelen infrarooddetectors in telescopen, actieve laserelementen om de stralingsfrequentie te stabiliseren, kristaloscillatoren in exacte tijdsystemen. Maar dit zijn allemaal militaire en speciale toepassingen.
Onlangs hebben Peltier-modules toepassing gevonden in huishoudelijke producten. Vooral in de automobieltechnologie: airconditioners, draagbare koelkasten, waterkoelers.
Een voorbeeld van het praktische gebruik van het Peltier-effect
De meest interessante en veelbelovende toepassing van modules is computertechnologie. Hoogwaardige microprocessors, processors en videokaartchips stoten veel warmte uit. Om ze te koelen, worden high-speed fans gebruikt, die aanzienlijk akoestisch geluid produceren. Het gebruik van Peltier-modules als onderdeel van gecombineerde koelsystemen elimineert ruis met aanzienlijke warmteafvoer.
compact USBkoeler met behulp van Peltier-modules
En tot slot een logische vraag: zullen Peltier-modules conventionele koelsystemen in compressiekoelkasten vervangen? Tegenwoordig is het onrendabel in termen van efficiëntie (lage efficiëntie) en prijs. De kosten van krachtige modules zijn nog steeds vrij hoog.
Maar technologie en materiaalkunde staan niet stil. Het is onmogelijk om de mogelijkheid van het verschijnen van nieuwe, goedkopere materialen met een hoog rendement en een hoge Peltier-coëfficiënt uit te sluiten. Reeds vandaag zijn er rapporten van onderzoekslaboratoria over de verbazingwekkende eigenschappen van nanokoolstofmaterialen die de situatie radicaal kunnen veranderen met efficiënte koelsystemen.
Er waren meldingen van hoog thermo-elektrisch cijfer van verdienste van clastraten - solide oplossingen die qua structuur vergelijkbaar zijn met hydraten. Wanneer deze materialen onderzoekslaboratoria verlaten, zullen volledig stille koelers met onbeperkte levensduur onze gebruikelijke thuismodellen vervangen.
Postscriptum éénoh van de meesten interessant features thermo-elektrische technologie is dat zij is kan niet alleen te gebruiken elektrische energie om warmte en koude te krijgen, maar ook dankzij haar WMSmaar start het omgekeerde proces en haal bijvoorbeeld elektrische energie uit warmte.
Een voorbeeld van hoe je het kunt haal elektriciteit uit warmte met met behulp van thermo-elektrische module (thermo-elektrische generator) kijk hier eens naar video:
Wat vind je hiervan? Wachten op je reacties!
Zie ook op electro-nl.tomathouse.com
: