Thể loại: Sự thật thú vị, Tin tức điện tử thú vị
Số lượt xem: 86993
Bình luận về bài viết: 8
Hiệu ứng Peltier: hiệu ứng kỳ diệu của dòng điện
Đầu thế kỷ 19. Thời đại hoàng kim của Vật lý và Kỹ thuật điện. Năm 1834, nhà chế tác đồng hồ và nhà tự nhiên học người Pháp Jean-Charles Peltier đã đặt một giọt nước giữa các điện cực bismuth và antimon, sau đó truyền một dòng điện qua mạch điện. Trước sự kinh ngạc của anh, anh thấy rằng giọt nước đã bất ngờ đóng băng.
Hiệu ứng nhiệt của dòng điện trên các dây dẫn đã được biết, nhưng hiệu ứng ngược lại gần giống với phép thuật. Bạn có thể hiểu cảm giác của Peltier: hiện tượng này ở ngã ba của hai lĩnh vực vật lý khác nhau - nhiệt động lực học và điện, gây ra một cảm giác tuyệt vời ngày nay.
Vấn đề làm mát không gay gắt như ngày nay. Do đó, hiệu ứng Peltier chỉ được giải quyết sau gần hai thế kỷ, khi các thiết bị điện tử xuất hiện, cho hoạt động của các hệ thống làm mát thu nhỏ được yêu cầu. Đức hạnh Yếu tố làm mát Peltier là kích thước nhỏ, sự vắng mặt của các bộ phận chuyển động, khả năng kết nối tầng để có được sự chênh lệch nhiệt độ lớn.
Ngoài ra, hiệu ứng Peltier có thể đảo ngược: Khi cực tính của dòng điện qua mô-đun thay đổi, việc làm mát được thay thế bằng hệ thống sưởi, do đó dễ dàng thực hiện các hệ thống bảo trì nhiệt độ chính xác - bộ điều nhiệt. Nhược điểm của các phần tử Peltier (mô-đun) là hiệu quả thấp, đòi hỏi phải tổng hợp các giá trị hiện tại lớn để có được sự chênh lệch nhiệt độ đáng chú ý. Sự phức tạp được thể hiện bằng cách loại bỏ nhiệt từ tấm đối diện với mặt phẳng được làm mát.
Nhưng điều đầu tiên trước tiên. Trước tiên, chúng ta hãy cố gắng xem xét các quá trình vật lý chịu trách nhiệm cho hiện tượng quan sát được. Không chìm sâu vào vực thẳm của các phép tính toán học, chúng tôi sẽ cố gắng tìm hiểu bản chất của hiện tượng vật lý thú vị này trên các ngón tay.
Vì chúng ta đang nói về hiện tượng nhiệt độ, các nhà vật lý, để thuận tiện cho việc mô tả toán học, thay thế các dao động của mạng nguyên tử của vật liệu bằng một loại khí nhất định, bao gồm các hạt - phonon.
Nhiệt độ của khí phonon phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và tính chất của kim loại. Sau đó, bất kỳ kim loại nào cũng là hỗn hợp của các electron và phonon ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học. Khi hai kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau khi không có trường bên ngoài, một khí điện tử nóng hơn, nóng lạnh đi vào vùng của một máy lạnh lạnh hơn, tạo ra sự khác biệt tiềm năng tiếp xúc với mọi người.
Khi áp dụng sự khác biệt tiềm năng cho quá trình chuyển đổi, tức là khi dòng điện chạy qua ranh giới của hai kim loại, các electron lấy năng lượng từ các phonon của một kim loại và truyền nó sang khí phonon của một kim loại khác. Với sự thay đổi về cực tính, sự truyền năng lượng, có nghĩa là sưởi ấm và làm mát, thay đổi dấu hiệu.
Trong các chất bán dẫn, các electron và lỗ trống, chịu trách nhiệm truyền năng lượng, nhưng cơ chế truyền nhiệt và sự xuất hiện của chênh lệch nhiệt độ vẫn được giữ nguyên. Chênh lệch nhiệt độ tăng cho đến khi các electron năng lượng cao bị cạn kiệt. Cân bằng nhiệt độ đặt trong. Đây là bức tranh hiện đại của mô tả Hiệu ứng Peltier.
Rõ ràng từ đó Hiệu suất phần tử Peltier phụ thuộc vào việc lựa chọn một cặp vật liệu, cường độ hiện tại và tốc độ loại bỏ nhiệt từ vùng nóng. Đối với vật liệu hiện đại (thường là chất bán dẫn), hiệu suất là 5-8%.
Và bây giờ về ứng dụng thực tế của hiệu ứng Peltier. Để tăng nó, các cặp nhiệt điện riêng lẻ (điểm nối của hai vật liệu khác nhau) được lắp ráp thành các nhóm bao gồm hàng chục và hàng trăm phần tử. Mục đích chính của các mô-đun như vậy là làm mát các vật thể nhỏ hoặc vi mạch.
Module làm mát nhiệt điện
Các mô-đun dựa trên hiệu ứng Peltier được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị nhìn đêm với ma trận các máy thu hồng ngoại.Các vi mạch kết hợp sạc (CCD), ngày nay cũng được sử dụng trong máy ảnh kỹ thuật số, đòi hỏi phải làm mát sâu để ghi lại hình ảnh trong vùng hồng ngoại. Mô-đun Peltier làm mát máy dò hồng ngoại trong kính thiên văn, các yếu tố laser hoạt động để ổn định tần số bức xạ, dao động tinh thể trong các hệ thống thời gian chính xác. Nhưng đây là tất cả các ứng dụng quân sự và đặc biệt.
Gần đây, các mô-đun Peltier đã tìm thấy ứng dụng trong các sản phẩm gia dụng. Chủ yếu trong công nghệ ô tô: điều hòa không khí, tủ lạnh di động, máy làm mát nước.
Một ví dụ về việc sử dụng thực tế hiệu ứng Peltier
Ứng dụng thú vị và hứa hẹn nhất của các mô-đun là công nghệ máy tính. Bộ vi xử lý, bộ xử lý và chip card màn hình hiệu năng cao tỏa ra rất nhiều nhiệt. Để làm mát chúng, quạt tốc độ cao được sử dụng, tạo ra tiếng ồn đáng kể. Việc sử dụng các mô-đun Peltier như là một phần của hệ thống làm mát kết hợp giúp loại bỏ tiếng ồn với việc loại bỏ nhiệt đáng kể.
Nhỏ gọn USBlàm mát bằng cách sử dụng các mô-đun Peltier
Và cuối cùng, một câu hỏi hợp lý: các mô-đun Peltier sẽ thay thế các hệ thống làm mát thông thường trong tủ lạnh gia dụng nén? Ngày nay nó không có lợi về hiệu quả (hiệu quả thấp) và giá cả. Chi phí cho các mô-đun mạnh mẽ vẫn còn khá cao.
Nhưng khoa học công nghệ và vật liệu không đứng yên. Không thể loại trừ khả năng xuất hiện các vật liệu mới, rẻ hơn với hiệu quả cao và hệ số Peltier cao. Ngày nay đã có báo cáo từ các phòng thí nghiệm nghiên cứu về các tính chất tuyệt vời của vật liệu nanocarbon có thể thay đổi hoàn toàn tình hình với các hệ thống làm mát hiệu quả.
Đã có báo cáo về con số nhiệt điện cao của công đức - dung dịch rắn có cấu trúc tương tự hydrat. Khi các vật liệu này ra khỏi phòng thí nghiệm nghiên cứu, máy làm mát hoàn toàn im lặng với tuổi thọ không giới hạn sẽ thay thế các mẫu nhà thông thường của chúng tôi.
P.S. Mộtồ của hầu hết thú vị tính năng công nghệ nhiệt điện có phải vậy không cô ấy là có thể không chỉ sử dụng năng lượng điện để có được nóng và lạnh, nhưng cũng nhờ cô ấy có thểnhưng bắt đầu quá trình ngược lại, và, ví dụ, lấy năng lượng điện từ nhiệt.
Một ví dụ về cách bạn có thể lấy điện từ nhiệt với sử dụng mô-đun nhiệt điện (máy phát nhiệt điện) nhìn này video:
Bạn nghĩ gì về điều này? Chờ ý kiến của bạn!
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: