קטגוריות: עובדות מעניינות, חדשות חשמליות מעניינות
מספר צפיות: 86993
הערות לכתבה: 8
אפקט פלטייר: השפעת הקסם של זרם חשמלי
ראשית המאה ה -19. תור הזהב של הפיזיקה והנדסת חשמל. בשנת 1834, השען הצרפתי וטבע הטבע ז'אן צ'רלס פלטייה הניח טיפת מים בין אלקטרודות הביסמוט לאנטימון, ואז העביר זרם חשמלי דרך המעגל. לתדהמתו הוא ראה שהטיפה קפאה לפתע.
ההשפעה התרמית של זרם חשמלי על המוליכים הייתה ידועה, אך ההשפעה ההפוכה הייתה דומה לקסם. אתה יכול להבין את רגשותיו של פלטייה: תופעה זו בצומת שני תחומים שונים בפיזיקה - תרמודינמיקה וחשמל - גורמת לתחושת פליאה כיום.
בעיית הקירור לא הייתה חריפה כמו שהיא היום. לפיכך, התייחסו לאפקט פלטייה רק לאחר כמעט מאתיים, כאשר הופיעו מכשירים אלקטרוניים, לצורך פעולתן דרושות מערכות קירור זעירות. סגולה אלמנטים לקירור של פלטיאר הם ממדים קטנים, היעדר חלקים נעים, אפשרות לחיבורי מפל להשיג הפרשי טמפרטורה גדולים.
בנוסף, אפקט פלטייה הפיך: כאשר הקוטביות של הזרם דרך המודול משתנה, הקירור מוחלף על ידי חימום, כך שקל ליישם מערכות של תחזוקה מדויקת לטמפרטורה - תרמוסטטים. החיסרון של אלמנטים Peltier (מודולים) הוא יעילות נמוכה, המחייבת סיכום ערכי זרם גדולים כדי להשיג הפרש טמפרטורה בולט. המורכבות מיוצגת על ידי הסרת החום מהצלחת שמול המטוס המקורר.
אבל קודם דברים ראשונים. ראשית, ננסה לקחת בחשבון את התהליכים הגופניים האחראיים לתופעה שנצפתה. מבלי לצלול לתהום של חישובים מתמטיים, אנו פשוט ננסה להבין את טיבה של תופעה פיזית מעניינת זו על "האצבעות".
מכיוון שאנו מדברים על תופעות טמפרטורה, פיזיקאים, לנוחות התיאור המתמטי, מחליפים את הרטט של הסריג האטומי של חומר בגז מסוים המורכב, כביכול, חלקיקים - פונונים.
הטמפרטורה של גז הפונון תלויה בטמפרטורת הסביבה ותכונות המתכת. אז כל מתכת היא תערובת של גזי אלקטרונים ופונונים בשיווי משקל תרמודינמי, כאשר שתי מתכות שונות באות במגע בהעדר שדה חיצוני, גז אלקטרונים "חם יותר" חודר לאזור "קר" יותר, ויוצר הפרש פוטנציאל מגע המוכר לכולם.
בעת החלת ההבדל הפוטנציאלי למעבר, כלומר כאשר הזרם זורם בגבול שתי מתכות, אלקטרונים לוקחים אנרגיה מהפונונים של מתכת אחת ומעבירים אותה לגז הפונון של אחר. עם שינוי קוטביות, העברת האנרגיה, שמשמעותה חימום וקירור, משנה סימן.
במוליכים למחצה, אלקטרונים ו"חורים "אחראים להעברת אנרגיה, אך נשמר מנגנון העברת החום והמראה של הפרש טמפרטורה. הפרש הטמפרטורה עולה עד לאלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה. שיווי משקל טמפרטורה מכניס פנימה. זו התמונה המודרנית של התיאור אפקט פלטיר.
ברור מזה ביצועי אלמנט פלטייר תלוי בבחירת זוג חומרים, חוזק זרם ומהירות הסרת החום מהאזור החם. עבור חומרים מודרניים (בדרך כלל מוליכים למחצה) היעילות היא 5-8%.
ועכשיו לגבי היישום המעשי של אפקט פלטייה. כדי להגדיל אותו, הרכיבים צמידים תרמיים בודדים (צמתים של שני חומרים שונים) מורכבים לקבוצות המורכבות מעשרות ומאות אלמנטים. המטרה העיקרית של מודולים כאלה היא קירור של חפצים קטנים או מעגלי מיקרו.
מודול קירור תרמו-אלקטרי
מודולים המבוססים על אפקט Peltier נמצאים בשימוש נרחב במכשירי ראיית לילה עם מטריצה של מקלטים אינפרא אדום.מעגלי מיקרו-מעגלים צמודים (CCD) המשמשים גם כיום במצלמות דיגיטליות דורשים קירור עמוק בכדי להקליט תמונות באזור האינפרא אדום. מודולי פלטייה מגניבים גלאי אינפרא אדום בטלסקופים, אלמנטים לייזר פעילים לייצוב תדר הקרינה, מתנדים גבישיים במערכות זמן מדויקות. אבל כל אלה יישומים צבאיים ומיוחדים.
לאחרונה, מודולי Peltier מצאו יישום במוצרים ביתיים. בעיקר בטכנולוגיית הרכב: מזגנים, מקררים ניידים, מקררי מים.
דוגמא לשימוש המעשי באפקט פלטייה
היישום המעניין והמבטיח ביותר של מודולים הוא טכנולוגיית מחשבים. מעבדים, מעבדים, שבבי כרטיסי מסך בעלי ביצועים גבוהים פולטים חום רב. כדי לקרר אותם משתמשים במאווררים במהירות גבוהה היוצרים רעש אקוסטי משמעותי. השימוש במודולי Peltier כחלק ממערכות קירור משולבות מבטל רעשים עם הסרת חום משמעותית.
קומפקטי USBמקרר באמצעות מודולי Peltier
ולבסוף, שאלה הגיונית: האם מודולי פלטייה יחליפו מערכות קירור קונבנציונאליות במקררים ביתיים לדחיסה? כיום זה לא רווחי מבחינת יעילות (יעילות נמוכה) ומחיר. עלותם של מודולים חזקים עדיין גבוהה למדי.
אבל מדעי הטכנולוגיה והחומרים אינם עומדים בשקט. אי אפשר לשלול את האפשרות של הופעתם של חומרים חדשים וזולים יותר בעלי יעילות גבוהה ומקדם Peltier גבוה. כבר היום ישנם דיווחים ממעבדות מחקר על התכונות המדהימות של חומרים ננו-פחמניים שיכולים לשנות את המצב באופן קיצוני באמצעות מערכות קירור יעילות.
היו דיווחים על נתון תרמו-אלקטרי גבוה לזכות הקלאטרטים - תמיסות מוצקות הדומות במבנהן למים. כאשר חומרים אלה עוזבים מעבדות מחקר, מקררים שקטים לחלוטין עם חיי שירות ללא הגבלה יחליפו את דגמי הבית הרגילים שלנו.
P.S. אחתהו הכי הרבה מעניין תכונות טכנולוגיה תרמו-אלקטרונית האם זה היא כן יכול לא רק להשתמש אנרגיה חשמלית לקבל חום וקור, אבל גם בזכותה יכולאבל התחל את התהליך ההפוך, למשל, קבל אנרגיה חשמלית מחום.
דוגמה לאיך שאתה יכול להשיג חשמל מחום עם באמצעות מודול תרמו (גנרטור תרמי) תסתכל על זה וידאו:
מה אתה חושב על זה? מחכה לתגובות שלך!
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: