Categories: Fets interessants, Notícies elèctriques interessants
Nombre de visualitzacions: 86993
Comentaris sobre l'article: 8
Efecte peltier: l’efecte màgic del corrent elèctric
El començament del segle XIX. L'Edat d'or de la física i l'enginyeria elèctrica. El 1834, el rellotger i naturalista francès Jean-Charles Peltier va col·locar una gota d’aigua entre els elèctrodes de bismut i antimoni, i després va passar un corrent elèctric pel circuit. Per a la seva sorpresa, va veure que la gota s’havia glaçat de sobte.
Es coneixia l'efecte tèrmic del corrent elèctric sobre els conductors, però l'efecte contrari era similar a la màgia. Podeu comprendre els sentiments de Peltier: aquest fenomen a l’encreuament de dues àrees diferents de la física: la termodinàmica i l’electricitat, provoca avui una sensació de miracle.
El problema de refrigeració no va ser tan agut com ho és avui. Per tant, l’efecte Peltier es va abordar només després de gairebé dos segles, quan van aparèixer dispositius electrònics, per al funcionament dels quals es necessitaven sistemes de refrigeració en miniatura. Virtut Elements de refrigeració Peltier són dimensions reduïdes, l’absència de peces mòbils, la possibilitat de connexions en cascada per obtenir grans diferències de temperatura.
A més, l'efecte Peltier és reversible: quan canvia la polaritat del corrent a través del mòdul, la refrigeració es substitueix per una calefacció, de manera que és fàcil implementar sistemes de manteniment de la temperatura precisa - termòstats. El desavantatge dels elements (mòduls) de Peltier és la baixa eficiència, que requereix sumar grans valors actuals per obtenir una diferència de temperatura notable. La complexitat es representa per l’eliminació de calor de la placa oposada al pla refredat.
Però primer les coses primer. Primer, intentem considerar els processos físics responsables del fenomen observat. Sense endinsar-nos en l’abisme dels càlculs matemàtics, només intentarem comprendre la natura d’aquest fenomen físic interessant en els “dits”.
Com que parlem de fenòmens de temperatura, els físics, per la comoditat d’una descripció matemàtica, substitueixen les vibracions de la gelosia atòmica d’un material per un determinat gas, format per partícules, com els fonons.
La temperatura del gas fonònic depèn de la temperatura ambient i de les propietats del metall. A continuació, qualsevol metall és una barreja d’electrons i gasos fonònics en equilibri termodinàmic. Quan dos metalls diferents entren en contacte en absència d’un camp extern, un gas d’electrons “més calent” penetra a una zona “més freda”, creant una diferència de potencial de contacte coneguda per tothom.
En aplicar la diferència de potencial a la transició, és a dir, a mesura que el corrent flueix pel límit de dos metalls, els electrons prenen energia dels fonons d’un metall i la transfereixen al gas fonònic d’un altre. Amb un canvi de polaritat, la transferència d’energia, el que significa que la calefacció i la refrigeració, canvien de signe.
En semiconductors, els electrons i els forats són els responsables de la transferència d’energia, però es conserva el mecanisme de transferència de calor i l’aparició d’una diferència de temperatura. La diferència de temperatura augmenta fins que s’esgoten electrons d’alta energia. L’equilibri de temperatura s’instal·la a. Aquesta és la imatge moderna de la descripció Efecte peltier.
D’això queda clar que Rendiment de l'element peltier depèn de la selecció d’un parell de materials, la força actual i la velocitat d’eliminació de calor de la zona calenta. Per als materials moderns (generalment semiconductors), l’eficiència és del 5-8%.
I ara sobre l’aplicació pràctica de l’efecte Peltier. Per augmentar-la, les termocopies individuals (juntes de dos materials diferents) s’agrupen en grups formats per desenes i centenars d’elements. L’objectiu principal d’aquests mòduls és el refredament d’objectes petits o microcircuits.
Mòdul de refrigeració termoelèctrica
Els mòduls basats en l'efecte Peltier s'utilitzen àmpliament en dispositius de visió nocturna amb una matriu de receptors d'infrarojos.Els microcircuits acoblats amb càrrega (CCD), que també s’utilitzen avui dia en càmeres digitals, requereixen un refredament profund per gravar imatges a la regió d’infrarojos. Els mòduls Peltier refrigeren els detectors d’infrarojos en telescopis, elements làser actius per estabilitzar la freqüència de radiació, oscil·ladors de cristall en sistemes de temps exactes. Però es tracta d’aplicacions militars i especials.
Recentment, els mòduls Peltier han trobat aplicacions en productes domèstics. Principalment en tecnologia d’automòbils: climatitzadors, neveres portàtils, refrigeradors d’aigua.
Un exemple d’ús pràctic de l’efecte Peltier
L’aplicació més interessant i prometedora dels mòduls és la tecnologia informàtica. Microprocessadors, processadors i xips de targeta de vídeo d’alt rendiment emeten molta calor. Per refrigerar-los, s’utilitzen ventiladors d’alta velocitat, que creen un soroll acústic important. L’ús de mòduls Peltier com a part dels sistemes combinats de refrigeració elimina el soroll amb l’eliminació important de la calor.
Compacte USBrefrigerador amb mòduls Peltier
I, finalment, una pregunta lògica: substituiran els mòduls Peltier els sistemes de refrigeració convencionals en frigorífics domèstics de compressió? Avui no és rendible quant a eficiència (baixa eficiència) i preu. El cost de mòduls potents és encara força elevat.
Però la tecnologia i la ciència de materials no es mantenen parades. És impossible excloure la possibilitat de l'aparició de nous materials més barats amb alta eficiència i un coeficient Peltier elevat. Avui ja hi ha informes de laboratoris de recerca sobre les sorprenents propietats dels materials nanocarburs que poden canviar radicalment la situació amb sistemes de refrigeració eficients.
Es va registrar una elevada xifra termoelèctrica de mèrit dels clastrats: solucions sòlides similars en estructura a hidrats. Quan aquests materials surtin dels laboratoris d’investigació, els refrigeradors completament silenciosos amb una vida útil il·limitada substituiran els nostres models de casa habituals.
P.S. Unai dels més interessant característiques tecnologia termoelèctrica és això ella és potser no només utilitzar energia elèctrica per aconseguir calor i fred, però també gràcies a ella potperò inicia el procés invers i, per exemple, aconsegueix energia elèctrica per la calor.
Un exemple de com es pot obtenir electricitat de la calor amb mitjançant mòdul termoelèctric (generador termoelèctric) mireu això vídeo:
Què en penses d’això? Esperant els vostres comentaris!
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: