Peltier effect: เวทย์มนตร์ของกระแสไฟฟ้า

จุดเริ่มต้นของศตวรรษที่ 19 ยุคทองของฟิสิกส์และวิศวกรรมไฟฟ้า ในปี ค.ศ. 1834 ฌอง - ชาร์ลส์ปิลลิเออร์นักธรรมชาติวิทยาชาวฝรั่งเศสได้ทำการวางน้ำระหว่างขั้วบิสมัทและพลวงจากนั้นก็ผ่านกระแสไฟฟ้าผ่านวงจร จากความประหลาดใจของเขาเขาเห็นว่าหยดนั้นแข็งตัวทันที

ผลของความร้อนของกระแสไฟฟ้าบนตัวนำนั้นเป็นที่รู้จักกัน แต่ผลตรงกันข้ามนั้นคล้ายกับเวทมนตร์ คุณสามารถเข้าใจความรู้สึกของ Peltier: ปรากฏการณ์นี้ที่จุดเชื่อมต่อของพื้นที่ฟิสิกส์ที่แตกต่างกันสองแห่ง - อุณหพลศาสตร์และไฟฟ้าทำให้เกิดความรู้สึกมหัศจรรย์ในวันนี้

ปัญหาการระบายความร้อนไม่รุนแรงเท่าที่เป็นอยู่ทุกวันนี้ ดังนั้นผลกระทบของ Peltier จึงได้รับการแก้ไขหลังจากผ่านไปเกือบสองศตวรรษเมื่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ปรากฏขึ้นสำหรับการทำงานที่ต้องใช้ระบบทำความเย็นขนาดเล็ก เกียรติ องค์ประกอบระบายความร้อน Peltier มีขนาดเล็กไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ความเป็นไปได้ของการเชื่อมต่อแบบเรียงซ้อนเพื่อให้ได้ความแตกต่างของอุณหภูมิขนาดใหญ่

นอกจากนี้เอฟเฟกต์ Peltier สามารถย้อนกลับได้: เมื่อกระแสของกระแสผ่านโมดูลเปลี่ยนไปการทำความเย็นจะถูกแทนที่ด้วยการให้ความร้อนดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะใช้ระบบการบำรุงรักษาอุณหภูมิที่แม่นยำ - เทอร์โม. ข้อเสียขององค์ประกอบ Peltier (โมดูล) คือประสิทธิภาพต่ำซึ่งต้องรวมถึงค่าปัจจุบันมากเพื่อให้ได้ความแตกต่างของอุณหภูมิที่เห็นได้ชัดเจน ความซับซ้อนนั้นเกิดจากการนำความร้อนออกจากแผ่นตรงข้ามกับระนาบเย็น

แต่สิ่งแรกก่อน ก่อนอื่นให้เราลองพิจารณากระบวนการทางกายภาพที่รับผิดชอบต่อปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ เราจะพยายามทำความเข้าใจธรรมชาติของปรากฏการณ์ทางกายภาพที่น่าสนใจใน“ นิ้วมือ”

เนื่องจากเรากำลังพูดถึงปรากฏการณ์อุณหภูมินักฟิสิกส์เพื่อความสะดวกในการอธิบายทางคณิตศาสตร์ให้แทนที่การสั่นของโครงข่ายอะตอมของวัสดุด้วยก๊าซบางชนิดซึ่งประกอบด้วยอนุภาค - ฟอน

อุณหภูมิของก๊าซโพนอนนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิโดยรอบและคุณสมบัติของโลหะ จากนั้นโลหะใด ๆ ก็คือการรวมกันของอิเล็กตรอนและโฟตอนในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์เมื่อโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันสัมผัสกันในที่ที่ไม่มีเขตข้อมูลภายนอก

เมื่อใช้ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงคือ ขณะที่กระแสไหลผ่านขอบเขตของโลหะสองชนิดอิเล็กตรอนจะรับพลังงานจากโฟโนนของโลหะหนึ่งและโอนไปยังแก๊สโฟนันของอีกอัน ด้วยการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าการถ่ายโอนพลังงานซึ่งหมายถึงความร้อนและความเย็นสัญญาณการเปลี่ยนแปลง

ในเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กตรอนและ "หลุม" มีหน้าที่ในการถ่ายโอนพลังงาน แต่กลไกของการถ่ายเทความร้อนและลักษณะของความแตกต่างของอุณหภูมิจะถูกเก็บรักษาไว้ ความแตกต่างของอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นจนกว่าอิเล็กตรอนพลังงานสูงจะหมดลง ชุดดุลอุณหภูมิเป็น นี่คือภาพคำอธิบายที่ทันสมัย ผล Peltier.

มันชัดเจนจากมันว่า ประสิทธิภาพขององค์ประกอบ Peltier ขึ้นอยู่กับการเลือกคู่ของวัสดุความแข็งแรงในปัจจุบันและความเร็วของการกำจัดความร้อนจากโซนร้อน สำหรับวัสดุที่ทันสมัย ​​(มักจะเป็นเซมิคอนดักเตอร์) ประสิทธิภาพคือ 5-8%

และตอนนี้เกี่ยวกับการใช้งานจริงของเอฟเฟกต์ Peltier เพื่อเพิ่มความร้อนนั้นเทอร์โมคับเปิลแต่ละตัว (ทางแยกของวัสดุที่แตกต่างกันสองชนิด) ถูกประกอบเป็นกลุ่มที่ประกอบด้วยองค์ประกอบหลายสิบและหลายร้อย วัตถุประสงค์หลักของโมดูลดังกล่าวคือการทำความเย็นของวัตถุขนาดเล็กหรือวงจร

เทอร์โมเย็นโมดูล

โมดูลที่ใช้เอฟเฟกต์ Peltier นั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์มองเห็นกลางคืนพร้อมเมทริกซ์ของตัวรับสัญญาณอินฟราเรดMicrocircuits แบบชาร์จคู่ (CCDs) ซึ่งใช้กันในทุกวันนี้ในกล้องดิจิตอลนั้นต้องการการระบายความร้อนที่ลึกเพื่อบันทึกภาพในพื้นที่อินฟราเรด โมดูล Peltier จะทำการตรวจจับอินฟราเรดในกล้องโทรทรรศน์ซึ่งเป็นองค์ประกอบเลเซอร์ที่ใช้งานอยู่เพื่อรักษาความถี่ของรังสีให้คงที่ คริสตัลออสซิลเลเตอร์ ในระบบเวลาที่แน่นอน แต่ทั้งหมดนี้เป็นการใช้งานทางทหารและการใช้งานพิเศษ

เมื่อเร็ว ๆ นี้โมดูล Peltier พบแอปพลิเคชันในผลิตภัณฑ์ในครัวเรือน ส่วนใหญ่ในเทคโนโลยียานยนต์: เครื่องปรับอากาศตู้เย็นแบบพกพาน้ำเย็น

ตัวอย่างของการใช้งานจริงของเอฟเฟกต์ Peltier

แอปพลิเคชั่นโมดูลที่น่าสนใจและมีแนวโน้มมากที่สุดคือเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ ไมโครโปรเซสเซอร์ประสิทธิภาพสูงโปรเซสเซอร์และชิปการ์ดปล่อยความร้อนออกมาจำนวนมาก เพื่อให้เย็นพวกเขาใช้พัดลมความเร็วสูงซึ่งสร้างเสียงรบกวนอย่างมีนัยสำคัญ การใช้โมดูล Peltier เป็นส่วนหนึ่งของระบบทำความเย็นแบบรวมขจัดเสียงรบกวนด้วยการกำจัดความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ

กะทัดรัด USBเครื่องระบายความร้อนโดยใช้โมดูล Peltier

และในที่สุดคำถามเชิงตรรกะ: โมดูล Peltier จะมาแทนที่ระบบทำความเย็นแบบเดิมในตู้เย็นที่ใช้ในการบีบอัดบ้านหรือไม่? วันนี้มันเป็นประโยชน์ในแง่ของประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพต่ำ) และราคา ค่าใช้จ่ายของโมดูลที่มีประสิทธิภาพยังค่อนข้างสูง

แต่เทคโนโลยีและวัสดุศาสตร์ไม่หยุดนิ่ง มันเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกความเป็นไปได้ของการปรากฏตัวของวัสดุใหม่ราคาถูกที่มีประสิทธิภาพสูงและค่าสัมประสิทธิ์ Peltier สูง ปัจจุบันมีรายงานจากห้องปฏิบัติการวิจัยเกี่ยวกับคุณสมบัติที่น่าทึ่งของวัสดุนาโนคาร์บอนที่สามารถเปลี่ยนแปลงสถานการณ์ได้อย่างรุนแรงด้วยระบบทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพ

มีรายงานจากตัวเลขเทอร์โมอิเล็กทริกสูงของข้อดีของ clastrate - สารละลายที่เป็นของแข็งคล้ายกับโครงสร้างกับไฮเดรต เมื่อวัสดุเหล่านี้ออกมาจากห้องปฏิบัติการวิจัยเครื่องทำความเย็นที่เงียบสนิทพร้อมอายุการใช้งานไม่ จำกัด จะมาแทนที่รุ่นบ้านทั่วไปของเรา

ป.ล. หนึ่งโอ้ ของที่สุด น่าสนใจ คุณสมบัติ เทคโนโลยีเทอร์โมอิเล็กทริก นั่นคือ เธอคือ สามารถ ไม่เพียง ที่จะใช้ พลังงานไฟฟ้า เพื่อรับความร้อนและความเย็น แต่ยัง ขอบคุณเธอ WMSแต่เริ่มกระบวนการย้อนกลับและตัวอย่างเช่นรับพลังงานไฟฟ้าจากความร้อน.  

ตัวอย่างของวิธีการที่คุณสามารถ รับไฟฟ้าจากความร้อน กับ ใช้โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โม) ดูนี่สิ วิดีโอ:

คุณคิดอย่างไรเกี่ยวกับเรื่องนี้? รอความคิดเห็นของคุณ!