Эффект пельтье википедия: Эффект Пельтье — это… Что такое Эффект Пельтье?

Эффект Пельтье — это… Что такое Эффект Пельтье?

Эффект Пельтье — термоэлектрическое явление, при котором происходит выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока в месте контакта (спая) двух разнородных проводников. Величина выделяемого тепла и его знак зависят от вида контактирующих веществ, направления и силы протекающего электрического тока:

Q = П_АBIt = (П_B-П_A)It, где

Q — количество выделенного или поглощённого тепла;

I — сила тока;

t — время протекания тока;

П — коэффициент Пельтье, который связан с коэффициентом термо-ЭДС α вторым соотношением Томсона ^[1]П = αT, где Т — абсолютная температура в K.

Эффект открыт Ж. Пельтье в 1834 году, суть явления исследовал несколькими годами позже — в 1838 году Ленц, который провёл эксперимент, в котором он поместил каплю воды в углубление на стыке двух стержней из висмута и сурьмы.

При пропускании электрического тока в одном направлении капля превращалась в лёд, при смене направления тока — лёд таял, что позволило установить, что в зависимости от направления протекающего в эксперименте тока, помимо джоулева тепла выделяется или поглощается дополнительное тепло, которое получило название тепла Пельтье. Эффект Пельтье «обратен» эффекту Зеебека.

Эффект Пельтье более заметен у полупроводников, это свойство используется в элементах Пельтье.

Причина возникновения явления Пельтье заключается в следующем. На контакте двух веществ имеется контактная разность потенциалов, которая создаёт внутреннее контактное поле. Если через контакт протекает электрический ток, то это поле будет либо способствовать прохождению тока, либо препятствовать. Если ток идёт против контактного поля, то внешний источник должен затратить дополнительную энергию, которая выделяется в контакте, что приведёт к его нагреву. Если же ток идёт по направлению контактного поля, то он может поддерживаться этим полем, которое и совершает работу по перемещению зарядов.

Необходимая для этого энергия отбирается у вещества, что приводит к охлаждению его в месте контакта.

Литература

1. ↑ Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике: для инженеров и студентов ВУЗов. — Изд. 4-е, перераб. — Наука — Главная редакция Физико-математической литературы, 1968. — С. 417.

См. также

Ссылки

Элемент пельтье

Как оптимизировать работу холодильной машины на элементах Пельтье

На рисунках представлены графики величин, влияющих на КПД элементов Пельтье. Первое, что бросается в глаза – коэффициент термо-ЭДС стремится к нулю по мере роста концентрации носителей заряда. Это напоминает, что металлы не считаются лучшим материалом для создания термопар. Теплопроводность, напротив, возрастает. В термодинамике считается, что она слагается из двух компонентов:

1. Теплопроводность кристаллической решётки.
2. Теплопроводность электронная. Указанная составляющая по очевидным причинам зависит от концентрации свободных носителей заряда и обусловливает рост кривой на представленном графике. Теплопроводность кристаллической решётки остаётся практически постоянной.

Исследователей интересует произведение квадрата коэффициента термо-ЭДС на электропроводность. Упомянутая величина стоит в числителе выражения для холодильного коэффициента. Согласно данным, экстремум наблюдается при концентрации свободных носителей в районе 10 в 19 степени единиц на кубический сантиметр. Это на три порядка меньше, чем отмечается в чистых металлах, откуда прямо следует заключение, что идеальным материалом для элементов Пельтье станут полупроводники.

Доля второй компоненты уже сравнительно невелика в меньшую сторону по оси абсцисс, допускается брать и материалы из этого интервала. Электропроводность диэлектриков слишком мала, что объясняет невозможность их применения в данном контексте. Все это позволяет установить причину, почему выводы Альтенкирха не воспринимаются всерьёз.

Немного теории

Чем же на самом деле являются модули Пельтье? В базовом определении это термоэлектрические преобразователи, принцип действия которых основан на эффекте Пельтье, открытом в далеком 1834 году. Суть данного процесса заключается в возникновении разности температур в месте контакта материалов при протекании сквозь них электрического тока.

Мы не станем вдаваться в подробности истории открытия и научного обоснования специфики работы ТЭМ, поскольку этой теме можно посвятить целую диссертацию. Однако общие понятия упомянем.

Базовая схема устройства ТЭМ

Элементы Пельтье состоят из двух токопроводящих материалов (полупроводников) с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. Физика протекания тока через подобные вещества такова, что для перехода электронов им требуется определенная подпитка, получаемая в момент прохождения тока через спайку. В таком случае возможно перемещение частиц в высокоэнергетическую зону проводимости от одного материала к другому. Место соприкосновения полупроводников в момент поглощения энергии охлаждается. Изменение направления тока или перемещение электронов из более энергетической зоны в менее насыщенную приводит к нагреву места контакта.

Помимо этого, в модулях Пельтье наблюдается тепловой эффект, характерный для любых веществ, сквозь которые пропускают электрический ток. Вообще процессы, присущие ТЭМ, проявляются и в месте контакта обычных металлов, однако определить их без сложных приборов почти нереально. Поэтому основой для модулей служат полупроводники.

Структура термоэлектрического элемента (модуля Пельтье)

Элемент Пельтье состоит из одной или более пар полупроводниковых параллелепипедов разных типов (как в диодах или транзисторах, n- и p-типа). Современная индустрия для этих целей наиболее часто выбирает германид кремния и теллурид висмута. Полупроводники попарно соединяются металлическими перемычками из легкоплавких веществ. Последние выполняют роль термоконтактов и напрямую соприкасаются с керамической пластинкой или подставкой. Пары полупроводников соединены последовательно, разные виды проводимости контактируют друг с другом. С одной стороны модуля имеются лишь n->p-переходы, с другой – p->n.

Течение тока вызывает охлаждение и нагревание противоположных групп контактов. Поэтому можно говорить о переносе током тепловой энергии с одной стороны модуля Пельтье на другую и, как следствие, возникновении разности температур на пластинке. Правильное применение модулей позволяет извлечь некоторые выгоды для промышленных, в том числе компьютерных СО. К слову, элементы могут быть использованы и в качестве электрогенераторов – основываясь на тех же принципах работы, физика протекающих внутри процессов объясняется эффектом Зеебека (условно говоря, тот же эффект Пельтье с «противоположным знаком»).

Холодильник на элементах пельтье своими руками

Чтобы собрать холодильный агрегат вам понадобятся достаточное количество  электрических проводников и специальные инструменты (рисунок 3).

Холодильник на пельтье своими руками требует особого подхода к сборке и используемым материалам:

1. Основой для платы должна служить прочная керамика;
2. Для максимального температурного перепада надо подготовить не менее 20 связей;
3. Правильные расчеты — залог увеличения коэффициента полезного действия на 70%;
4. Наибольшую мощность используемому оборудованию даст фреон;
5. Самодельный модуль устанавливается возле его испарителя, рядом с мотором;
6. Монтаж производится стандартным набором инструментом с применением прокладок;
7. Они необходимы для изолирования рабочей модели от пускового реле;
8. Изоляция понадобится и для самой проводки, перед ее подключением к компрессору;
9. Чтобы избежать короткого замыкания, сила предельного напряжения звонится тестером.

Рисунок 3. С помощью элемента пельтье можно легко собрать походный холодильник

Подобную схему можно применить для автомобильного охладителя. Автохолодильник пельтье своими руками собирается на керамической плате толщиной не менее, чем 1 миллиметр. В нем используются медные немодульные связи с пропускной способностью в 4А и применяются проводники с маркировкой «ПР20», подходящие для контактов разного типа. Для соединения устройства с конденсатором используют обычный паяльник.

Устройство и принцип работы элемента Пельтье

Для того, чтобы получить максимальный эффект понижения температуры, применяется соединение термоэлементов в виде каскадов. Благодаря подобному устройству, на выходе стало возможным получить максимально низкую температуру и значительно увеличить саму эффективность охлаждения.

Для того, чтобы повысить холодопроводность не прибегая к значительному увеличению I, все элементы Пельтье соединяются последовательно в устройство, получившее название батареи.

Таким образом, нынешний модуль состоит из двух пластин, выполненных из керамики и играющих роль изоляторов, между которыми расположены термопары, соединенные последовательным образом.

При этом, расположение элементов в подобной батарее осуществляется следующим образом:

• Нижняя, горячая сторона.
• Верхняя, холодная сторона.
• Полупроводники, функционирующие на основе n-перехода.
• Полупроводники, функционирующие на основе p-перехода.
• Проводники из меди.
• Клеммы (контакты), служащие для присоединения к ИП (источнику питания).

Здесь p-n переходом (positive-negative) принято считать электронно-дырочный переход в месте соединения полупроводников n (носители зарядов – электроны) и p типа (дырки с положительным зарядом, возникающие в процессе отрыва электрона от атома).

При p-n возникает переход от одного вида проводимости к другому.

В зависимости от расположения, каждая из сторон (горячая или холодная) имеет контакт только с переходом p-n либо n-p. При этом осуществляются следующие функции:

• p-n – нагрев.
• n-p – охлаждение.

Благодаря переносу Q с одной стороны батареи на другую, между ними возникает дельта температур (DT). Как уже было сказано выше, если изменить полярность, то горячая и холодная поверхности просто поменяются местами.

На данном рисунке холодная сторона батареи обозначена как B (синим цветом), горячая – как А (красным цветом соответственно).

Технические характеристики элементов Пельтье

Всем термоэлектрическим модулям с элементом Пельтье присущи следующие характеристики:

• Qmax (холодопроизводительность) – представляет собой максимально допустимый I и разницу T двух сторон батареи. Единица измерения – Ватты. Принято считать, что количество тепловой Q, поступающей на холодную стороны, передается на горячую мгновенно, с нулевыми потерями.
• DTmax – максимум перепада температур между пластинами, измеряется в градусах. При этом, данный параметр учитывается при идеальных условиях работы: горячая сторона – 27C, холодная – отдача тепла равна нулю.
• Imax – максимальный I, необходимый для обеспечения DTmax, измеряется в Амперах.
• Umax – величина напряжения, которая будет иметь место при Imax и DTmax (измеряется в Вольтах).
• Resistance – внутреннее R модуля по постоянному току DC, измеряется в Омах.
• COP (Сoefficient Of Рerformance) – коэффициент, представляющий собой отношение Q охлаждения к Q, которое потребляет весь элемент и представляет собой не что иное, как КПД, при этом его величина колеблется от 0,3 до 0,5.

Каким образом маркируются элементы Пельтье

При маркировке подобных термоэлементов всегда используют стандартные обозначения, а именно:

• Две первые буквы означают непосредственно тип элемента, а именно – ТЕ – термоэлемент.
• Третья буква относится к размеру модуля и может быть выполнена в двух вариантах:
  • С – classic, стандартный размер термоэлемента.
  • S – small, маленький размер.
• Далее следует числовое значение, отражающее количество каскадов в ТЕ. Как правило, большинство из них относятся к однокаскадным.
• После тире следует число, означающее количество термопар внутри ТЕ.
• Последняя цифра – номинальное значение I (Амперы).

Иногда в маркировку после всех цифр добавляется значение, относящееся к размерам модуля.

Пример маркировки: ТЕС1-12706-40 (40х40 мм).

Использование термоэлектрических и электротермических эффектов

Долгое время прямой и обратный термоэлектрический эффект не находили применения, полезная величина оказывалась слишком мала. Постепенно физики создали сплавы свойства которых на два порядка перекрывают чистые металлы, использованные Пельтье и Ленцом. Теперь термоэлектричество находит применение. Вспомним термостат холодильника либо термоэлектрические холодильники без движущихся частей. Гораздо интереснее космическая отрасль, где явление применяется для охлаждения фоторезисторов: при понижении температуры лишь на 10 градусов чувствительность подобных датчиков вырастает на порядок.

Дополнительным плюсом описанных технических решений становятся компактность и малое потребление энергии: при весе 150 г установка охлаждает терморезистор на 50-60 градусов. В бытовой электронике эффектом Пельтье поддерживается нормальный режим процессоров в системном блоке персональных компьютеров. Да, стоит техническое решение недёшево, зато бесшумность гарантирована. К примеру, энтузиасты с 2010-х годов конструируют холодильники в домашних условиях. Высокого КПД не удаётся добиться из-за больших потерь через корпус. Но с появлением новых изолирующих строительных материалов положение дел улучшится.

Интересно, что при изменении направления электрического тока эффект начинает работать в противоположную сторону. Возможен нагрев. На базе описанных эффектов создают термостаты, отслеживающие температуру до тысячных долей градуса. Среди перспективных направлений отмечают бытовые кондиционеры и прочие системы охлаждения. Самым заметным недостатком считается цена. И не нужно забывать, что КПД кондиционера, как правило, больше 1, работает этот агрегат по принципу теплового насоса. Пусть эффективность резко падает с ростом температуры окружающей среды, термопары пока сильно отстают от традиционных методов охлаждения со своими 10%.

Высказываются иные мнения. Академик Иоффе, отдельные сентенции которого использованы в приведённом топике, предложил создавать системы для обогрева и охлаждения помещения по типу сплит-систем. В этом случае возникает осложнение, как с типичными кондиционерами, но КПД достигает 200%. Смысл: при обогреве, допустим, поглощающий тепло спай размещается снаружи, а выделяющий – в помещении. Качать из мороза жар нелегко, потому у методики присутствуют ограничения. Однако не запрещено на основе указанной методики создавать тепловые насосы.

К безусловным плюсам климатических систем, использующих элемент Пельтье, относится возможность работы в обратном направлении. 2$) не зависит от направления тока. Теплота, которая выделяется (или поглощается) в результате эффекта Пельтье пропорциональна первой степени силы тока ($Q_P\sim I$) и изменяет знак при смене направления тока. Кроме того, тепло Джоуля – Ленца зависит от сопротивления проводника, теплота Пельтье от него не зависит.

Обычно, теплота Пельтье существенно меньше, чем тепло Джоуля — Ленца. Для того, чтобы выявить эффект именно от явления Пельтье следует как можно сильнее уменьшить тепло Джоуля – Ленца, применяя толстые проводники с минимальным сопротивлением.

Пример 1

Задание: Покажите, что если считать электронный газ в проводнике невырожденным, то коэффициент Пельтье равен контактному скачку потенциала.

Решение:

Количество электронов (N), которое проходит через единичную площадку, перпендикулярную к направлению тока, за $1 с$ равно:

\

где $j$ — плотность тока, $q_e\ $– заряд электрона.

Энергия электрона равна сумме его кинетической ($E_k$) и потенциальной энергий ($E_p=-q_e\varphi $). Если через $\left\langle E_k\right\rangle $ обозначить среднюю энергию для N электронов, то поток энергии ($P$) равен:

\

где $\left\langle E_k\right\rangle \ne \frac{3}{2}$ kT– не равно средней кинетической энергии равновесного электронного газа, что объяснимо тем, что в случае вырожденного газа не все электроны могут ускоряться электрическим полем.

Рассмотрим проводники 1 и 2 при одинаковой температуре. К каждой единице поверхности контакта в проводнике 1 подводится в единицу времени энергия $P_1$, а отводится в проводнике 2 энергия равная $P_2$. Значения потенциалов с обеих сторон контактной плоскости равны ${\varphi }_1$ и ${\varphi }_2$. Причем ${\varphi }_1$ $\ne $ ${\varphi }_2$. Кроме того в общем случае, имеем, что:

\

Для поддержания температуры контакта без изменений с каждой единицы поверхности в единицу времени нужно отводить (или подводить) энергию, равную $P_1-P_2.\ $Из выражения (1.3) следует, что:

\

Это означает, что выделяется (или поглощается) тепло Пельтье ($Q_p$). В том случае, если $S$ — площадь контактирующих поверхностей, то тепло Пельтье равно:

\It\left(1.5\right),\]

где $I=jS$ — сила тока. Мы знаем, что теплоту Пельтье выражают как:

\

Или для нашего случая из выражения (1.7) можно записать:

\

Сравним выражение (1.7) и формулу (1.5), получим для коэффициента Пельтье выражение:

\\left(1.8\right).\]

Так как нас интересует тепло в контакте, и мы не рассматриваем тепло Джоуля — Ленца в объеме, то в формуле (1.5) следует под $P_1\ и\ P_2$ понимать их значения у самой плоскости контактов. Значит выражение ${\varphi }_1-\ {\varphi }_2=U_{i12}$ – контактный скачок потенциала.

Если электронный газ в проводниках является невырожденным, то ускоряются полем все электроны. Распределение импульсов описывается законом Максвелла, и оно зависит только от температуры, тогда $\left\langle E_{k2}\right\rangle =\left\langle E_{k1}\right\rangle $, следовательно:

\

В таком случае, коэффициент Пельтье равен контактному скачку потенциала, при этом тепло Пельтье равно работе, которую совершает ток из-за перепада напряжений.

Что и требовалось показать.

Пример 2

Задание: Чему равен коэффициент Пельтье при температуре T=0 K (случай сильно вырожденного электронного газа)?

Решение:

В состоянии сильного вырождения (T=0 K) все квантовые состояния в зоне проводимости с энергией, которая меньше уровня Ферми полностью заняты электронами. При этом ускоряться полем могут только электроны, которые имею энергии равную энергии Ферми (в первом приближении энергию Ферми примем равной химическому потенциалу $\mu $). Поэтому в формуле для коэффициента Пельтье, которую мы получили в предыдущем примере:

\\left(2.1\right)\]

под $\left\langle E_{k2}\right\rangle \ и\ \left\langle E_{k1}\right\rangle $ надо понимать максимальные кинетические энергии электронов и принять, что:

\

С другой стороны мы знаем, что:

\

Подставим выражения (2.3) и (2.2)

в формулу (2.1), получим:

\=0.\]

Ответ: При $T$=0 $K$, $П_{12}=0\ В.$

Устройство термоэлектрического модуля (элемента Пельтье)

В 1834 году французский физик Жан Пельтье обнаружил, что при протекании постоянного электрического тока через цепь из различных проводников, место соединения проводников охлаждается или нагревается в зависимости от направления тока. Количество поглощаемой теплоты пропорционально току, проходящему через проводники.

В результате работ российского академика А.Ф. Иоффе и его сотрудников, были синтезированы полупроводниковые сплавы, которые позволили применить этот эффект на практике и приступить к серийному выпуску термоэлектрических охлаждающих приборов для широкого применения в различных областях человеческой деятельности.

Единичным элементом термоэлектрического модуля (ТЭМ) является термопара, состоящая из двух разнородных элементов с p- и n- типом проводимости. Элементы соединяются между собой при помощи коммутационной пластины из меди. В качестве материала элементов традиционно используются полупроводники на основе висмута, теллура, сурьмы и селена.

Термоэлектрический модуль (Элемент Пельтье) представляет собой совокупность термопар, электрически соединенных, как правило, последовательно. В стандартном элементе Пельтье термопары помещаются между двух плоских керамических пластин на основе оксида или нитрида алюминия. Количество термопар может изменяться в широких пределах – от единиц до сотен пар, что позволяет создавать ТЭМ практически любой холодильной мощности – от десятых долей до сотен ватт.

При прохождении через элемент Пельтье постоянного электрического тока между его сторонами образуется перепад температур -одна сторона (холодная) охлаждается, а другая (горячая) нагревается. Если с горячей стороны ТЭМ обеспечить эффективный отвод тепла, например, с помощью радиатора, то на холодной стороне можно получить температуру, которая будет на десятки градусов ниже температуры окружающей среды. Степень охлаждения будет пропорциональной величине тока. При смене полярности тока горячая и холодная стороны элемента Пельтье меняются местами.

Современные однокаскадные термоэлектрические охладители (Элементы Пельтье) позволяют получить разность температур до 74–76 К. Для получения более низких температур применяются многокаскадные модули, представляющие собой несколько однокаскадных модулей с последовательным тепловым соединением между собой. Например, серийно производимые фирмой Криотерм четырехкаскадные термоэлектрические элементы Пельтье позволяют развить разность температур до 140 К.

Генераторный режим элемента Пельтье

Открытие Жака-Шарля Пельтье буквально перевернуло мир, так как устройство может использоваться в качестве универсального генератора тепла и холода. Кроме этих функций, был отмечен еще один немаловажный эффект – генераторный режим. Если теплую сторону устройства нагревать, а холодную охлаждать, то на выводах возникает разница потенциалов, и при замыкании цепи начинает течь ток.

Генератор на основе элемента Пельтье можно сделать своими руками и для этого не потребуется особых навыков. Но стоит понимать, что используемый китайскими разработчиками материал не обладает идеальными характеристиками, позволяющими получать максимум энергии. Доступных термоэлектрических модулей в продаже хватит для:

• зарядки мобильных устройств;
• питания светодиодного освещения;
• изготовления автономного радиоприемника и прочих целей.

По этой теме можно найти массу видео с подробным описанием всех этапов. Поэтому если вы хотите сделать термоэлектрический модуль для получения энергии, то это вполне реально.

Первым делом необходимо заказать необходимое количество элементов Пельтье с учетом их характеристик. Устройство с мощностью 10 Вт на том же e — Bay стоит 15$. И этого вполне достаточно будет для зарядки смартфонов. Далее, необходимо обеспечить эффективное теплоотведение. Для этих целей можно сконструировать систему жидкостного охлаждения с естественной циркуляцией. А горячую сторону нагревать любым источником тепла, в том числе открытым огнем. В результате любой радиолюбитель может сделать сам великолепный термоэлектрический генератор, который можно взять с собой в поход, на рыбалку или дачу.

Один стандартный элемент-ячейка вырабатывает 5 В и 1 Вт мощности, чего вполне достаточно для небольшого освещения. Например, для изготовления фонарика с подогревом от тепла рук. В продаже имеются и готовые элементы с выходным напряжением до 12 В.

Переносная термоэлектрическая печка с генераторным режимом

Сегодня можно найти массу способов, как сделать своими руками достаточно эффективный термоэлектрический генератор на основе элемента Пельтье. Как один из них – портативная печка с топкой из старого компьютерного блока питания. К одной из сторон корпуса прикрепляется сам термоэлектрический элемент Пельтье через термопасту с радиатором внушительных размеров. Такая установка позволит получить тепло в любом удобном месте, приготовить пищу и зарядить телефон.

Биография

Ратуша в Ле-Мане

De occulta parte numerorum, quam algebram vocant, 1560

Родился в семье адвоката. Закончил Наваррский коллеж Парижского университета, где его брат состоял профессором философии и математики. Сам Жак Пелетье изучал медицину и право, но по окончании университета отказался от карьеры юриста и стал увлечённо осваивать древние языки и математику. Одновременно он стал завсегдатаем литературного салона Маргариты Наваррской.

В 1541 году Пелетье представил свой перевод «Ars poëtica» Горация, далее опубликовал, ряд математических и других научных трудов. В 1547 году вышли в свет речь по случаю кончины английского короля Генриху VIII и первый поэтический сборник стихов и переводов Пелетье Œuvres poétiques. Среди переведенных им авторов — Гомер, Вергилий, Марциал и Петрарка; Пелетье включил в сборник также ранее не публиковавшиеся поэмы своих современников — Жоашена Дю Белле и Пьера де Ронсара.

В трактате 1550 года Пелетье выступил за реформу французской орфографии с целью приблизить написание слов к их произношению. Чтобы способствовать этому процессу, Пелетье предложил несколько новых обозначений и активно использовал их в своих дальнейших книгах, однако все усилия по продвижению реформы орфографии остались безуспешными. В 1555 году, кроме новых поэм, выпустил руководство по составлению стихов (Art poétique français) и призыв к мирному завершению войны с императором Священной Римской империей Карлом V.

Последние годы провёл в путешествиях и общении с литераторами (особенно сблизился с Монтенем). В этот период Пелетье опубликовал множество трактатов и учебников по различным областям математики. Завершающий сборник Пелетье, Louanges, появился в 1581 году, в следующем году поэт скончался в Париже.

Где применяется

Миниатюрность настоящих элементов и относительно низкое их энергопотребление, — вкупе с отсутствием движущихся частей или различных жидкостей, применяемых в целях переноса тепла — предоставляет широкий спектр ниш использования. Сюда входят автомобильные кондиционеры, системы охлаждения микросхем и элементов электроники, мини-холодильники, подставки поддерживающие определенную температуру размещенных сверху емкостей. Кроме названых используется оборудование на элементах Пельтье в специфичных сферах, на подобии ПЦР-амплификаторов, нагревающихся систем вспышки фотоаппаратов, телескопах (для снижения теплового шума) и приемниках излучения инфракрасных устройств.

Реже можно заметить настоящий элемент в роли части конструкции генераторов. Хотя на рынках периодически всплывают аппараты аналогичного класса, к примеру, в виде фонариков, работающих от тепла человеческого тела или слабых машин, производящих электрический ток в целях подзарядки аккумуляторов смартфонов или ноутбуков.

Напряжение, получаемое на выходе элементов Пельтье:

Немного истории

Жан-Шарль Пельтье был часовщиком. Жил он в девятнадцатом веке, когда электротехника и физика были на подъеме. Все, кто хотя бы немного понимал, как работают физические законы, старались в домашних условиях делать опыты. Пельтье не стал исключением. В 1834 году он решил провести один опыт, поместив каплю воды между двумя электродами: один был изготовлен из сурьмы, второй из висмута. После чего через электроды пропустил электрический ток.

Каково его было изумления, когда вода превратилась в лед. Ведь то, что под действием электрического тока любые материалы нагревались, было известно. Но чтобы произошел обратный эффект, это была новость. Французский часовщик так и не понял, что изобрел что-то новое, которое оказалось на границе двух областей науки – электричества и термодинамики. В то время для него произошло просто волшебство.

Правда, проблемы охлаждения в те времена мало кого интересовали, поэтому эффект Пельтье так и остался невостребованным. И только через два века, когда в промышленности и быту стали использовать электронные устройства, для которых требовались миниатюрные приборы охлаждения, о Пельтье и его эффекте вспомнили.

Жан Шарль Пельтье

Жан Шарль Атаназ Пельтье – известный французский ученый, автор многочисленных исследований в области термоэлектричества и электромагнетизма. Благодаря его работам впоследствии было открыто множество термоэлектриков, которые сейчас широко используются в электронике. Также к заслугам ученого относится одно из самых известных его открытий – эффект выделения тепла некоторыми структурами при протекании через них электрического тока – так называемый эффект Пельтье.

Родился Жан Шарль Пельтье во французском городке Ам (Ham) 22 февраля 1785 года. Точная его биография не сохранилась, также как и упоминания о тех учебных заведениях, которые он окончил. Известно лишь, что до исследований в области электричества Пельтье успел попробовать себя в различных областях науки и техники.

В начале, по настоянию отца, будущий ученый осваивал производство часов и даже некоторое время преуспевал в этой сфере. Видимо его предки также некогда преуспевали в этом деле. Затем он изучал анатомию и медицину. Но, в конце концов, заинтересовался исследованиями в области электричества.

Исследования

В частности Жан Шарль изучал электрические явления, происходящие в атмосфере. Он пытался доказать, что наша планета – Земля, с электрической точки зрения вполне может представлять обычное тело, несущее на себе электрический заряд. Более того, он пытался доказать, что земля заряжена отрицательно, а атмосфера вокруг планеты – положительно. Именно благодаря этому и происходят в атмосфере, непонятные ранее для человека явления: гроза, молния, самопроизвольные электрические заряди и прочее.

Но не эти исследования сделали Пельтье всемирно известным. В 1834 году, исследуя взаимодействие электричества на структуры, состоящие из двух разнородных проводников (металлов), он обнаруживает интересный эффект. При прохождении через некоторые структуры электрического тока, они начинают либо выделять тепло, либо поглощать его.

Жан Шарль детально изучил это явление и доказал, что количество и характер выделяемого этими структурами тепла напрямую зависит от силы и направления, проходящего через них тока. Позже данный эффект назвали в четь ученого – эффектом Пельтье. А коэффициент взаимодействия, характерных для каждого спая металлов, а в последствии и полупроводников – коэффициентом Пельтье.

В 1840 году, проводя исследования в области электромагнетизма, ученый вводит понятие электростатическая индукция.

Умер Жан Шарль Пельтье в возрасте 60 лет 27октября 1845 года в Париже, где и был похоронен. После него сохранилось ряд печатных трудов, детально описывающих явления термоэлектричества и электромагнетизма.

< Предыдущая		Следующая >

Математическая модель устройства на основе элемента Пельтье | Вова Гринкевич

В данной статье рассматривается вывод математической модели для устройства на основе элемента Пельтье. В данной статье не рассматривается температурное поле. Материалы данной статьи могут быть полезны студентам, инженерам, занимающимися настройкой устройств на основе элемента Пельтье. Для понимания данной статьи требуется понимание дифференциальных уравнений, физики тепловых процессов.

Ключевые слова: элемент Пельтье, математическая модель, устройство.

Математическая модель устройства на основе элемента Пельтье рассматривается в работах [1 — 7]. В статье [1] рассматривается вывод математической модели, но не учитывается инерционность распространения тепла по рабочему объёму.

Схема термостолика [5,6,8] на основе элемента Пельтье показана на рис 1.

Рис 1 — схема термостолика на основе элемента Пельтье.

Рис 1 — схема термостолика на основе элемента Пельтье.

Схема термического зонда, приведённая в [1], показана на рис 2.

Рис 2 — Схема термического зонда на основе элемента Пельтье

Рис 2 — Схема термического зонда на основе элемента Пельтье

Сторона элемента Пельтье, воздействующая на рабочий объём, объект теплового воздействия названа рабочей, другая сторона элемента Пельтье — радиаторной.

В элементе Пельтье присутствуют физические явления: эффект Пельтье [9], эффект Зеебека [10], выделение Джоулевого тепла [11], теплопроводность между сторонами элемента Пельтье, теплообмен с окружающей средой. В устройствах на основе элемента Пельтье присутствуют также теплопроводность [12], теплообмен с окружающей средой, выделение или поглощение тепла объекта теплового воздействия, инерционность, температурное распределение [13].

В работах [5, 6] сказано, что имеется инерционность при распространении тепла по рабочей поверхности. Эта инерционность описана уравнением

где T_c — параметр, учитывающий инерционность при распространении тепла по рабочему объёму, T — температура рабочей поверхности термостолика или рабочего объёма камеры, t — время, T_рабс — температура рабочей стороны элемента Пельтье, t_зап — время запаздывания.

Исходя из теплового баланса на рабочей стороне элемента Пельтье, получим

где P_рабс — тепловая мощность на рабочей стороне элемента Пельтье, P_эп.рабс — мощность, учитывающая эффект Пельтье, на рабочих спаях элемента Пельтье, P_Дж — мощность, выделяемая на активном сопротивлении элемента Пельтье, P_тп — мощность, возникаемая из-за теплопроводности между сторонами элемента Пельтье, P_то — мощность теплообмена рабочего объёма с окружающей средой.

Исходя из теплового баланса на радиаторной стороне элемента Пельтье, получим

Коэффициент «0,5» перед P Дж означает, что мощность от Джоулевого тепла поровну делится на внутренней и внешней стороне. Однако при невыполнении такого условия должен стоять другой коэффициент.

Мощность от эффекта Пельтье [9], описывается формулой

где α — коэффициент Зеебека, I — протекаемый через элемент Пельтье ток, T — температура.

Для рабочей стороны элемента Пельтье

В зависимости от направления тока рабочая сторона элемента Пельтье может нагреваться или охлаждаться. При отрицательном токе рабочая сторона охлаждается и P_эп.рабс <0, а при положительном токе — нагревается и P_эп.рабс >0. Однако во многих литературных источниках и технических характеристиках для элемента Пельтье принято так, что при положительном токе рабочая сторона охлаждается, а при отрицательном — нагревается.

Для радиаторной стороны элемента Пельтье

где T_радс — температура радиаторной стороны элемента Пельтье.

Мощность Джоулевого тепла [11] описывается формулой

где R_эп — электрическое сопротивление элемента Пельтье.

Мощность, учитывающая теплопроводность [12] между сторонами элемента Пельтье, описывается формулой

где γ — коэффициент теплопроводности.

Мощность теплообмена радиаторного объёма с окружающей средой описывается формулой (9), согласно закону Ньютона-Рихмана [14]

где T_ос — температура окружающей среды, измеряемая в Кельвинах, γто — коэффициент теплопроводности перехода «Рабочий объём — окружающая среда».

Мощность теплообмена радиаторного объёма с окружающей средой описывается формулой (9), согласно закону Ньютона-Рихмана [14]

где γ_то.рад — коэффициент теплопроводности перехода «Радиатор — окружающая среда», T_рад — температура поверхности радиатора.

Мощность с изменением температуры связана соотношением (10)

где P — тепловая мощность, C — теплоёмкость, измеряемая в Джоулях на Кельвин, T — температура.

По аналогии с (1) запишем уравнение, учитывающее инерционность распространения тепла по радиатору,

где T_c .рад — параметр, учитывающий инерционность при распространении тепла радиатору, t_зап.рад — время запаздывания при распространении тепла от радиаторной поверхности к поверхности радиатора.

После подстановки (4) — (10) в (2), (3) получим (12)

С учётом (1), (11), (12) получим (13)

Модель (13) не учитывает распределение тепла по рабочему объёму, радиатору, элементу Пельтье. Также параметры математической модели (13) являются нестационарными, и отсутствует полная информация о параметрах математической модели (13). Для учёта нестационарности параметров математической модели (13) требуется знать, по какому закону зависит R_эп , α, γ и другие параметры от температуры и других факторов.

Для применения математической модели (13) в системах управления требуется измерять T_рабс , T_радс , T_рад . Однако это не всегда возможно.

Для применения математической модели в системах управления при расчёте регулятора, можно воспользоваться математической моделью (14).

где T — температура рабочего объёма камеры (рабочей поверхности термостолика) в Кельвинах, t — время, T c — параметр, учитывающий динамику распространения тепла от элемента Пельтье к поверхности термостолика (датчику температуры), a_1 — параметр, учитывающий эффект Пельтье, t_зап — время запаздывания, I — протекаемый через элемент Пельтье ток, a_2 — параметр, учитывающий сопротивление элемента Пельтье, a_3 — параметр, учитывающий теплоёмкость рабочего объёма, a_4 — параметр, учитывающий теплообмен с окружающей средой, T_ос — температура окружающей среды.

В уравнении (14) значение теплопроводности между рабочей и опорной (радиаторной) стороной и другие факторы влияют на значение параметров a_1 , a_2 , a_3 , a_4 , T_c . Параметры a_1 , a_2 , a_3 , a_4 , T_c являются нестационарными в процессе работы устройства на основе элемента Пельтье, то есть значения этих параметров могут меняться в ограниченном диапазоне, однако точный закон изменения параметров может быть неизвестным.

В источниках [5, 6] описывается оценка параметров математической модели (14).

Математическая модель с учётом теплового распределения является сложной. Также сложно оценивать параметры такой модели.

В случае если объект теплового воздействия выделяет или поглощает тепло, математическая модель (13) примет вид (15), математическая модель (14) примет вид (16).

где ρ — параметр, вычисляемый экспериментально, P_отв — мощность, выделяемая или поглощаемая объектом теплового воздействия

где a_5 — параметр, вычисляемый экспериментально, P_отв — мощность, выделяемая или поглощаемая объектом теплового воздействия.

В случае если элемент Пельтье подключён к источнику напряжения, то протекаемый через элемент Пельтье ток с напряжением связан по формуле

где U — напряжение, к которому подключён элемент Пельтье, E_Зб — ЭДС Зеебека [10].

Параметры математической модели (17) будут иметь иные значения и размерность в отличие от модели (14), (16).

Список литературы

1. Гринкевич В.А. Исследование математической модели термостата на основе элемента Пельтье // Сборник научных трудов НГТУ. – 2017. – № 3 (89). – С. 62–77. – DOI: 10.17212/2307-6879-2017-3-62-77.

2. Соловьёв А.Л. Параметрический синтез регуляторов с широтно-импульсной модуляцией по методу разделения движений: диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук: 05:13:01 / А.Л.Соловьёв; науч. рук. А.А. Воевода; Новосибирский государственный технический университет — Новосибирск, 2002. 190 л.: ил, табл.

3. Покорный Е.Г., Щербина А.Г. Расчёт полупроводниковых охлаждающихся устройств. / Е.Г. Покорный, А.Г.Щербина. — Ленинград: Наука, 1969. — 210 с.

4. Гринкевич В.А. Синтез регулятора температуры для элемента Пельтье // Сборник научных трудов НГТУ. – 2019. – № 1 (94). – С. 7–31. – DOI: 10.17212/2307-6879-2019-1-7-31.

5. Гринкевич В.А. Синтез регулятора температуры для термостолика на основе элемента Пельтье // Научный вестник НГТУ. – 2020. – № 1 (78). – С. 55–74. – DOI: 10.17212/1814-1196-2020-1-55-74.

6. Гринкевич В.А. Идентификация устройства на основе элемента Пельтье методом наименьших квадратов. // Доклады академии наук высшей школы Российской Федерации, — 2020, — №. 1–2 (46–47), С. 17–27. — DOI: 10.17212/1727-2769-2020-1-2-17-27.

7. Идентификация термостолика на основе элемента Пельтье. [Электронный ресурс], 12.02.2021. — Режим доступа: [https://vl555.livejournal.com/4204.html]

8. Термостолик для микроскопа на элементах Пельтье / Н.С. Безруков, А.Н. Одиреев, К.Ф. Килимиченко, Ю.М. Перельман // Системный анализ в медицине (САМ 2017): материалы XI международной научной конференции, 19–20 октября 2017 г. – Благовещенск, 2017. – С. 47–52.

9 . Эффект Пельтье — Википедия. [Электронный ресурс], 12.02.2021. — Режим доступа: [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%9F%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%8C%D0%B5]

10 . Эффект Зеебека — Википедия. [Электронный ресурс], 12.02.2021. — Режим доступа: [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%97%D0%B5%D0%B5%D0%B1%D0%B5%D0%BA%D0%B0]

11. Закон Джоуля — Ленца — Википедия. — [Электронный ресурс], 12.02.2021. — Режим доступа: [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%94%D0%B6%D0%BE%D1%83%D0%BB%D1%8F_%E2%80%94_%D0%9B%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B0]

12. Теплопроводность — Википедия. — [Электронный ресурс], 13.02.2021. — Режим доступа: [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C]

13. Уравнение теплопроводности — Википедия. — [Электронный ресурс], 13.02.2021. — Режим доступа: [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8]

14. Закон Ньютона — Рихмана — Википедия. — [Электронный ресурс], 13.02.2021. — Режим доступа: [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%9D%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%B0_%E2%80%94_%D0%A0%D0%B8%D1%85%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B0]

Модуль на элемент Пельтье + интересное применение.

Приветствую тебя читатель banggood астрологи объявили неделю Пельтье поэтому в обзоре речь пойдёт об одном интересном применении данной штуковины. Милости просим под CUT.

Начнём с ликбеза

Как говорит википедия «Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока.» Я уверен что после этой фразы понятнее не стало ).

Ок попробуем иначе. Представьте себе специфический аквариум, состоящий из зон двух типов. В первой зоне аквариума рыбки плавают быстро во второй медленно. Ещё представим себе на границах зон лопасти, крутящиеся в воде. Правила следующие 1) рыбка переплывает в другую зону только тогда когда её скорость соответствует скорости установленной для зоны.2) при переходе границ зоны рыбка может взаимодействовать с лопастями для увеличения либо для уменьшения своей скорости. Теперь представим несколько зон расположенных последовательно. (зоны с более высокой скоростью назовём З+ с низкой З- ) Рыбка находится в З+ она хочет перейти в З- она взаимодействует с лопастью на границе и начинает плыть медленнее, при этом лопасти (на границе З+/З-) начинают крутиться быстрее. Далее рыбка хочет перейти в следующую зону З+ ей надо ускориться она взаимодействует с лопастью на границе З-/З+ и ускоряется при этом лопасть начинает крутиться медленнее. Далее всё повторяется. Можно заметить что одни лопасти будут замедлятся а другие ускорятся. Элемент Пельтье работает по аналогичному принципу. Вместо рыбок там электроны вместо скорости рыбок энергия электронов в полупроводниках. При протекании тока через контакт 2х полупроводников, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, При этом чем больше ток тем выше эффект переноса энергии, энергия именно переноситься (а не волшебным образом пропадает) от «холодной» стороны к «горячей», поэтому элемент Пельтье способен охлаждать предметы до температуры ниже комнатной (проще говоря это полупроводниковый тепловой насос). Если у Вас задача просто отвести тепло от процессора транзистора и т.д. применение элемента Пельтье невыгодно т.к. Вам понадобиться Радиатор способный передать в окружающую среду тепло от охлаждаемого объекта + тепло возникающее при работе элемента Пельтье. Думаю с теорией покончено можно двигаться дальше.
Давайте посмотрим как по мнению спонсора обзора выглядит 13,90 зелени.
Модуль представляет из себя этакий 5 уровневый бутерброд, он состоит из пары радиаторов и вентиляторов и собственно самого элемента Пельтье.Вентилятор большего размера предназначен для отвода тепла. При приложении усилия его можно снять без выкручивания шурупов. Вентилятор самый обыкновенный ( Питание 12В размер 90мм) прикрыт решёткой, изначально вентилятор установлен на отвод воздуха.На противоположной стороне малый вентилятор (Питание 12В размер 40мм)Малыш прикручен на совесть Посмотрим на радиаторыБольшой радиатор размером 100мм*120мм высота 20ммМалый радиатор 40мм*40мм высота 20мм. Радиаторы скреплены двумя винтами, в малом радиаторе нарезана резьба. При снятии радиатора обнаружена термопаста это хорошо, но можно увидеть что есть недожим.Контакт с большим радиатором идеальным тоже не назовёшь.Главный вывод — если хотите выжать из этого модуля максимум то обязательно загляните под радиаторы. А если стереть термопасту то можно увидеть что тут установлен элемент TEC1-12705 (размер 40мм*40мм*4мм) хотя заявлен более мощный TEC1-12706. Мануал на TEC1-12705 peltiermodules.com/peltier.datasheet/TEC1-12705.pdf
Снимем малый радиатор и попробуем запустить модуль замерив температуры «тёплой» и «холодной» сторон.Температура «холодной» стороны -16,1 «горячей» 37,5 дельта 53,6. ток потребления при 12В составил 4,2А. На режим элемент Пельтье вышел через 90с.

А теперь весёлая часть.
Находим металлическую и блестящую пластину и делаем в ней отверстие для термопары.Кладём термопасту и устанавливаем термопаруДалее изготавливаем узконаправленный фотоприёмник и фотодиод из чёрной бумаги и обычных компонентовСобираем готовое устройство вспоминая правило «угол падения равен углу отражения»Кто догадался что это такое? Это прибор (ну точнее модель для демонстрации принципа действия) для определения температуры точки росы/относительной влажности воздуха. Действует следующим образом: ИК-светодиод светит в отражающую пластинку, после отражения свет от ИК-светодиода попадает на ИК-фотодиод. С обратносмещённого ИК-фотодиода снимается сигнал напряжения. При охлаждении пластинки до температуры точки росы на ней начинает собираться конденсат, интенсивность отражаемого излучения падает, сигнал на фотодиоде изменяется. Регистрируя температуру пластины, и окружающего воздуха можно найти относительную влажность. Для работы я использовал Brymen BM869 (с самодельным кабелем и софтом) и Uni-t UT61E Ниже представлен результат Рыжий график температура пластины, синий график сигнал с фотодиода. Будем считать момент, когда напряжение с фотодиода изменилось на половину от общего изменения напряжения есть момент выпадения конденсата. Исходя из поставленных условий измеренная температура точки росы в комнате +9С.Температура окружающего воздуха 26,7 (на графиках не отображалась т.к. она была неизменна).Одновременно я запустил модуль HTU21 и наблюдал за показаниями в терминале.(скриншот терминала добавлен к графику).Далее я использовал онлайн калькулятор planetcalc.ru/248/ для пересчёта влажности в температуру точки росы Результат пересчёта влажности с HTU21 в температуру точки росы совпал с измеренной напрямую температурой точки росы. Это значит, что если описанным выше методом определять точку росы, а затем делать пересчёт, то можно достаточно точно определять влажность (Ну естественно если делать всё по-взрослому). Данный метод называется методом охлаждаемого зеркала, а гигрометры, построенные на таком принципе, называются конденсационными. Надеюсь вам понравился обзор, и Вы узнали для себя что-то новое. Всем спасибо за внимание.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

7.4. Термоэлектрический ток — Энергетика: история, настоящее и будущее

7.4. Термоэлектрический ток

Существенное значение для установления взаимосвязей между различными явлениями природы, в частности для открытия закона сохранения и превращения энергии, имело открытие в 1821 году членом Берлинской академии наук Т.И. Зеебеком (1770–1831) явления термоэлектричества. Воспроизводя опыты Эрстеда, Зеебек обнаружил, что при замыкании концов цепи, состоящей из двух разнородных металлических проводников, спаи которых находились при разных температурах, магнитная стрелка, помещенная вблизи этой цепи, поворачивалась так же, как в присутствии магнита. Угол поворота стрелки был связан с величиной разности температур на спаях исследуемой цепи. Эти эксперименты вскоре были подтверждены внимательно следившим за работами Зеебека Эрстедом, а открытое явление было названо им «термоэлектрическим». Ток, возникающий в замкнутой цепи, спаянной из двух неоднородных металлов, был назван термоэлектрическим током, а всякая комбинация металлов, обуславливающая возникновение такого тока, – термоэлементом. Сам Зеебек настаивал на другой формулировке – «термомагнитное явление». Но надо отдать должное берлинскому профессору. Он сам, проведя множество экспериментов, накопил массу неопровержимого материала, который не только заставил его отказаться от своего названия, но и предоставил науке много новых фундаментальных данных по изучению цепей из комбинаций твердых, жидких металлов, сплавов и соединений при воздействии на них разных температур. Это позволило ему создать термоэлектрический ряд, который до сих пор представляет интерес и не сильно отличается от рядов, составленных гораздо позднее Юсти (1948) и Мейснером (1955). Таким образом, «эффект Зеебека» – переход тепловой энергии в электрическую.

В середине XIX века многочисленные опыты по исследованию различных свойств электрического тока были продолжены. В 1834 г. французский физик и метеоролог Жан Шарль Пельтье (1785–1845) обнаружил, что при протекании электрического тока на границах двух разных проводников (например висмута и сурьмы) происходит на одном конце поглощение тепла, а на другом – его выделение («эффект Пельтье»). Изменение температуры при этом пропорционально силе тока. Пельтье, как и Зеебек, не смог правильно интерпретировать результаты своего исследования. Только в 1838 году петербургский академик Э. Ленц доказал, что «эффект Пельтье» является самостоятельным физическим явлением, заключающимся в выделении и поглощении на спаях цепи добавочного тепла при прохождении постоянного тока. При этом характер процесса (поглощение или выделение) зависит от направления тока.

Рис. 7.10. Термоэлектрическая батарея Гюльхера

Данные открытия положили основу развития самостоятельной области техники – термоэнергетики, которая занимается как вопросами прямого преобразования тепловой энергии в электрическую («эффект Зеебека»), так и вопросами термоэлектрического охлаждения и нагрева («эффект Пельтье»). Кроме того, термоэлемент как источник тока представляется весьма удобным для измерения температуры, поскольку здесь тепловая энергия непосредственно переходит в электрическую.

Эффект Пельтье и явление возникновения термоэлектрического тока являются одно следствием другого, свидетельствуя, таким образом, об обратимости физических процессов. На рис. 7.10 представлена конструкция термоэлектрической батареи Гюльхера. Батарея, извне нагреваемая газом, состоит из 50 элементов, представляющих собой сплав висмута с сурьмой. Подобные батареи различной величины, изготавливаемые на заводе в Берлине, использовались для гальванопластических опытов, а также для зарядки небольших аккумуляторов.

В первые недели обретения независимости Украины был подписан указ о создании в Черновцах Института термоэлектричества НАН Украины под руководством академика Лукьяна Ивановича Анатычука, в котором одновременно занимаются фундаментальными исследованиями термоэлектричества и его использованием на практике. Именно в Черновцах пришли к выводу, что первооткрывателем термоэлектричества (контактной разности потенциалов) был не немецкий физик Зеебек, а итальянский ученый Алессандро Вольта. Этот факт, тщательно исследованный, документально обоснованный историческими документами, был утвержден на Международном форуме по термоэлектричеству в Черновцах.

Термоэлектричество — MSE 5317

Введение

Эффект термоэлектричества, по определению (википедия), термоэлектричество относится к классу явлений, в которых разность температур создает электрический потенциал или электрический потенциал создает разность температур.

Эффект Зеебека
Если к паре применяется небольшая разница температур T, то производная ~ T / ∇T определяет термоэлектрическую мощность рассматриваемой термопары.Если генерируемая разность потенциалов, V, имеет то же направление, что показано на рисунке выше, абсолютная термоэлектрическая мощность (S_1) первого проводника положительна по отношению к другому проводнику,

(1)

\ begin {align} S_ {1} — S_ {2} \ Equiv \ frac {dV} {dT}> 0 \ end {align}

Если температурный градиент применяется к проводнику без электрического поля, то возникает поток энергии (тепловой поток) и электрический ток, называемый термоэлектрическим током, если каким-то образом у нас есть замкнутая цепь.Еще одно условие, необходимое для наблюдения термоэлектрического тока, — наличие в цепи двух разных материалов. Это известно как эффект Зеебека в честь человека, которому приписывают это открытие.

Эффект Пельтье

Если электрический ток проходит от одного материала к другому, было также замечено, что тепло может либо поглощаться, либо выделяться в области перехода, в зависимости от направления тока. Важно различать охлаждение или нагрев Пельтье и джоули.Джоулевое тепло является прямым следствием удельного электрического сопротивления материала и является необратимым эффектом, который зависит только от квадрата плотности тока. С другой стороны, эффект Пельтье линейно зависит от величины тока. Температура перехода (поглощаемое или выделяемое тепло зависит от направления тока и градиента температуры. Это означает, что этот эффект обратим, поскольку джоулева тепла нет.

Тепло Пельтье Π на стыке определяется как «тепло, выделяемое в единицу времени на единицу электрического тока, протекающего слева направо.{2}} {\ sigma} — \ mu J_ {x} \ frac {dT} {dx} \ end {align}

Где σ — проводимость, $ J_ {x} $ — плотность тока, dT / dx — температурный градиент, а μ — тепловой коэффициент Томсона. Томсон вывел соотношение между теплотой Томпсона (μ), абсолютной термоэлектрической мощностью (S) и теплотой Пельтье () проводника,

$ \ mu = \ frac {T ds} {dT} $, $ \ Pi = TS $

Оценки величины термоэлектрических свойств.

Первый подход предполагает, что теплота Томсона равна равновесной удельной теплоемкости.2 / 2m $, для данного импульса кинетика велика вследствие малой массы электрона, из-за чего высшие состояния, занятые электронами проводимости, соответствуют очень высокой энергии. При нормальной температуре (T «ζ₀ / k) небольшая часть электронов, оказавшаяся вблизи вершины распределения энергии, может обмениваться тепловой энергией с окружающей средой. В нижнем состоянии не происходит перехода энергии, потому что все соседние состояния уже заняты. Меньшая доля электронов, участвующих в теплообмене, определяется как KT / ζ₀, где ζ₀ — энергия Ферми.2 T} {2 T_0} k \ end {align}

$ kT_0 = {\ zeta _ {0}} $
$ T_0 = Температура фермиевского вырождения элктрона $

Если сравнить металлы с полупроводниками, можно заметить, что запрещенная зона ограничивает электроны в зоне проводимости. При нормальной температуре доступно всего несколько электронов; они должны быть возбуждены, чтобы обеспечить электронную проводимость. Когда электроны термически возбуждаются либо из зоны валанса, либо из локализованных примесных уровней в зону проводимости, они оставляют обратно дырки (разновидность положительных электронов).

Подвижность дырок намного ниже подвижности электронов, поэтому пренебрежение ею не должно влиять на приближение. «Ситуация также может возникнуть, когда существует большой энергетический зазор между валентной зоной и зоной проводимости, и гораздо выгоднее возбуждать электроны из полной валентной зоны на локализованную атомную орбиталь вокруг примесных атомов (так называемые акцепторные центры), что требует значительных усилий. меньше энергии, чем возбуждение в зоне проводимости ».

В полупроводниках, как упоминалось ранее, возбуждаются тепловой энергией, следовательно, вполне можно ожидать изменения концентрации электронов при изменении температуры.

$ N \ propto exp (-U / kT) $
N = электрон проводимости во внутреннем материале
U = энергия возбуждения на один электрон

, затем Thomson heat

$ \ mu \ приблизительно \ frac {k} {e} (\ frac {3} {3} — \ frac {T} {N} \ frac {dN} {dT})

долларов США

$ \ mu \ приблизительно \ frac {k} {e} (\ frac {3} {2} — \ frac {U} {kT})

долларов США

Тогда можно ожидать, что этот второй член внесет весьма заметный вклад в тепло Томсона.

Неравновесные эффекты или эффекты фононного торможения

Обсуждения превью были основаны на модели свободных электронов, без столкновений внутри проводника.Для этой модели можно сказать, что единственный механизм, вызывающий термоэлектрический ток, — это электроны на горячем конце проводника, которые обладают большей тепловой энергией, чем те, которые находятся на холодном конце проводника, и диффузия электронов будет генерировать термоэлектрический ток.

«Однако температурный градиент вызывает поток энергии через атомную решетку в форме термически генерируемых решеточных волн (дебаевских волн или фононов) с чистым потоком энергии, более горячим к более холодному концу».Если фононы существенно взаимодействуют с электронами проводимости, они будут вести себя как электрическое сопротивление проводника, которое зависит от температуры. Текущие фононы будут стремиться «переместить» электроны с более горячей стороны на более холодную сторону проводника (эффекты фононного увлечения).

Когда электроны взаимодействуют с фононами достаточно сильно, теплоемкость также должна быть включена в решетку.

$ S \ приблизительно \ frac {Cg} {Ne} \ alpha $

$ C_g $ = удельная теплоемкость решетки на единицу объема
$ N $ = плотность электронов проводимости
$ \ alpha $ = лежит между 0 и примерно 1, это мера относительной вероятности «столкновения» фонона с электрон проводимости

Уравнение предварительного просмотра можно переписать

(4)

\ begin {align} S = \ frac {C_g} {\ beta e} \ alpha \ end {align}

$ C_g $ = теплоемкость решетки на атом
$ \ beta $ = количество электронов проводимости на атом

Более точный анализ

(5)

\ begin {align} S = \ frac {1} {3} \ frac {C_g} {Ne} \ alpha \ end {align}

$ \ alpha $ измеряет вероятность столкновения фонона с электроном проводимости.Но фононы не только взаимодействуют с электронами, они также взаимодействуют с другими фононами из-за ангармонической связи. 3 $, где ѳ — температура характеристика массы и энергии связи атомов решетки.3 \ end {align}

Подробнее о модели удельной теплоемкости Дебая
http://electrons.wikidot.com/debye-model-for-specific-heat

Полупроводники при низкой температуре могут вызывать эффект фононного увлечения, обеспечивая термоэлектрическую мощность до нескольких милливольт на градус. Для металлов «кажется маловероятным, что эффект фононного увлечения когда-либо превысит примерно 10 мкВ / град., Хотя, когда и если это происходит при низкой температуре (скажем, около 10 ° К), это значение будет чрезвычайно большим по сравнению с обычным (« диффузионным » ) термоэлектрическая мощность.
Форма поверхности Ферми металла по отношению к структуре Первой зоны Бриллюэна металла предоставит подробные сведения об угловой характеристике рассеяния.

Подробная информация о поверхности Ферми
http://electrons.wikidot.com/fermi-energy-and-fermi-surface

Деталь Первой зоны Бриллюэна
http://electrons.wikidot.com/brillouin-zones

---

Внешняя ссылка

По этой ссылке показан краткий анимационный ролик об основной идее термоэлектричества

http: // студент.britannica.com/lm/animations/othermv001d4/product.html

По этой ссылке показано видео о новой технологии BMW с использованием термоэлектричества для снижения расхода топлива

http://www.youtube.com/watch?v=bkP7v8yYivQ

Номер ссылки

Термоэлектричество: Введение в принципы, D.K.C. Макдональд

Элементарная физика твердого тела, М. Али Омар

Справочник по термоэлектрике: от макро до нано, под редакцией Д. Роу

http: //en.wikipedia.org / wiki / Термоэлектричество

Теория транспортных эффектов в полупроводниках: термоэлектричество, П. Дж. Прайс

Эффекты Зеебека, Эффекты Пертье и Эффекты Томсона взяты с сайта:
http://www.chem.cornell.edu/fjd3/thermo/intro.html

Термоэлектрический эффект — Википедия, бесплатная энциклопедия

Из Википедии, свободной энциклопедии

Эта страница посвящена термоэлектрическому эффекту как физическому явлению.Для приложений термоэлектрического эффекта см термоэлектричество.

Термоэлектрический эффект — это прямое преобразование разницы температур в электрическое напряжение и наоборот. Термоэлектрическое устройство создает напряжение, когда с каждой стороны разная температура. И наоборот (и, говоря термодинамически, обратимо ), когда к нему прикладывается напряжение, он создает разницу температур. В атомном масштабе (в частности, носители заряда) приложенная разность температур заставляет носители заряда в материале, будь то электроны или дырки, диффундировать с горячей стороны на холодную, подобно классическому газу, который расширяется при нагревании; следовательно, термически индуцированный ток.

Этот эффект можно использовать для выработки электричества, измерения температуры, охлаждения предметов, их нагрева или приготовления. Поскольку направление нагрева и охлаждения определяется знаком приложенного напряжения, термоэлектрические устройства представляют собой очень удобные регуляторы температуры.

Традиционно термин термоэлектрический эффект или термоэлектричество охватывает три отдельно идентифицированных эффекта: эффект Зеебека , эффект Пельтье и эффект Томсона .Во многих учебниках термоэлектрический эффект может также называться эффектом Пельтье – Зеебека . Это разделение происходит из независимых открытий французского физика Жана Шарля Атанаса Пельтье и эстонско-немецкого физика Томаса Иоганна Зеебека. Джоулев нагрев, тепло, которое генерируется всякий раз, когда напряжение прикладывается к резистивному материалу, в некоторой степени связано, хотя его обычно не называют термоэлектрическим эффектом (и его обычно считают механизмом потерь из-за неидеальности в термоэлектрических устройствах. ).Эффекты Пельтье-Зеебека и Томсона обратимы, ^{[ необходима ссылка ]} , тогда как нагрев Джоуля — нет.

[править] эффект Зеебека

Эффект Зеебека — это преобразование разницы температур непосредственно в электричество.

Зеебек обнаружил, что стрелка компаса будет отклоняться, когда замкнутый контур состоит из двух металлов, соединенных в двух местах с разницей температур между соединениями. Это связано с тем, что металлы по-разному реагируют на разницу температур, что создает токовую петлю, которая создает магнитное поле.Зеебек, однако, в то время не осознавал наличие электрического тока, поэтому он назвал это явление термомагнитным эффектом, полагая, что два металла стали магнитно поляризованными из-за температурного градиента. Датский физик Ганс Кристиан Эрстед сыграл жизненно важную роль в объяснении и понимании термина «термоэлектричество».

Эффект состоит в том, что напряжение, термоэлектрическая ЭДС, создается при наличии разницы температур между двумя разными металлами или полупроводниками.Это вызывает постоянный ток в проводниках, если они образуют замкнутую петлю. Создаваемое напряжение составляет порядка нескольких микровольт на разницу в кельвинах. Одна такая комбинация, медь-константан, имеет коэффициент Зеебека 41 микровольт на кельвин при комнатной температуре.

В цепи:

(который может быть в нескольких различных конфигурациях и управляться одними и теми же уравнениями), развиваемое напряжение может быть получено из:

S _A и S _B — коэффициенты Зеебека (также называемые термоэлектрической мощностью , или термоЭДС ) металлов A и B как функция температуры, и T ₁ и T ₂ — температуры двух стыков.Коэффициенты Зеебека нелинейны как функция температуры и зависят от абсолютной температуры проводников, материала и молекулярной структуры. Если коэффициенты Зеебека фактически постоянны для измеренного диапазона температур, приведенная выше формула может быть аппроксимирована следующим образом:

Эффект Зеебека обычно используется в устройстве, называемом термопарой (потому что оно сделано из соединения или соединения материалов, обычно металлов), для непосредственного измерения разницы температур или для измерения абсолютной температуры путем установки одного конца на известную температуру. .Несколько термопар, когда они соединены последовательно, называются термобатареями, которые иногда создаются для увеличения выходного напряжения, поскольку напряжение, наведенное на каждую отдельную пару, мало.

Этот принцип также применяется в тепловых диодах и термоэлектрических генераторах (например, радиоизотопных термоэлектрических генераторах или РИТЭГах), которые используются для создания энергии за счет перепадов тепла.

Эффект Зеебека обусловлен двумя эффектами: диффузия носителей заряда и увлечение фононов (описано ниже).Если оба соединения поддерживаются при одинаковой температуре, но одно соединение периодически открывается и закрывается, измеряется напряжение переменного тока, которое также зависит от температуры. Это применение зонда Кельвина иногда используется, чтобы доказать, что физике, лежащей в основе, нужен только один переход. И этот эффект все еще виден, если провода только подходят, но не соприкасаются, поэтому диффузия не требуется.

[править] Thermopower

Термоэдс , или термоэлектрическая мощность, или коэффициент Зеебека материала измеряет величину индуцированного термоэлектрического напряжения в ответ на разность температур на этом материале.ТермоЭДС измеряется в единицах (В / К), хотя на практике чаще используется микровольт на кельвин. Значения в сотни мкВ / К, отрицательные или положительные, типичны для хороших термоэлектрических материалов. Термин термоЭДС употребляется неправильно, поскольку он измеряет напряжение или электрическое поле, индуцированное в ответ на разницу температур, а не электрическую мощность. Приложенная разница температур заставляет носители заряда в материале, будь то электроны или дырки, диффундировать с горячей стороны на холодную, подобно классическому газу, который расширяется при нагревании.Подвижные носители заряда, мигрирующие в холодную сторону, оставляют свои противоположно заряженные и неподвижные ядра на горячей стороне, что приводит к возникновению термоэлектрического напряжения (термоэлектрическое напряжение — это тот факт, что напряжение создается разностью температур). Поскольку разделение зарядов также создает электрический потенциал, накопление заряженных носителей на холодной стороне в конечном итоге прекращается при некотором максимальном значении, поскольку существует равное количество заряженных носителей, дрейфующих обратно на горячую сторону в результате электрического поля в состоянии равновесия. .Только увеличение разницы температур может возобновить накопление большего количества носителей заряда на холодной стороне и, таким образом, привести к увеличению термоэлектрического напряжения. Между прочим, термоЭДС также измеряет энтропию, приходящуюся на носитель заряда в материале. Чтобы быть более конкретным, считается, что парциальная молярная электронная теплоемкость равна абсолютной термоэлектрической мощности, умноженной на отрицательную величину постоянной Фарадея. ^[1]

Термоэдс материала, представленный S (или иногда α), зависит от температуры материала и кристаллической структуры.Обычно металлы обладают небольшой термоэдс, потому что у большинства из них полосы наполовину заполнены. Электроны (отрицательные заряды) и дырки (положительные заряды) вносят свой вклад в индуцированное термоэлектрическое напряжение, тем самым компенсируя вклад друг друга в это напряжение и делая его небольшим. Напротив, полупроводники могут быть легированы избыточным количеством электронов или дырок и, таким образом, могут иметь большие положительные или отрицательные значения термоэдс в зависимости от заряда избыточных носителей. Знак термоЭДС может определять, какие носители заряда доминируют в переносе электричества как в металлах, так и в полупроводниках.

Если разница температур Δ T между двумя концами материала мала, то термоЭДС материала определяется (приблизительно) ^[2] как:

и термоэлектрическое напряжение Δ В видно на выводах.

Это также может быть записано относительно электрического поля E и градиента температуры с помощью приближенного уравнения ^[2] :

На практике редко измеряют абсолютную термоэдс интересующего материала.Это связано с тем, что электроды, прикрепленные к вольтметру, должны быть помещены на материал для измерения термоэлектрического напряжения. Затем градиент температуры обычно вызывает термоэлектрическое напряжение на одном плече измерительных электродов. Следовательно, измеренная термоЭДС включает вклад термоЭДС исследуемого материала и материала измерительных электродов.

Тогда измеренная термоэдс является вкладом обоих и может быть записана как:

Сверхпроводники имеют нулевую термоэдс, поскольку носители заряда не производят энтропию.Это позволяет напрямую измерить абсолютную термоэдс интересующего материала, поскольку это также термоэдс всей термопары. Кроме того, измерение коэффициента Томсона μ материала также может дать значение термоЭДС через соотношение:

Термоэдс — важный параметр материала, определяющий эффективность термоэлектрического материала. Более высокое индуцированное термоэлектрическое напряжение для данного температурного градиента приведет к большей эффективности.В идеале хотелось бы иметь очень большие значения термоэдс, поскольку тогда для создания большого напряжения необходимо лишь небольшое количество тепла. Это напряжение затем можно использовать для обеспечения питания.

[править] Диффузия носителей заряда

Носители заряда в материалах (электроны в металлах, электроны и дырки в полупроводниках, ионы в ионных проводниках) будут диффундировать, когда один конец проводника имеет температуру, отличную от температуры другого. Горячие носители диффундируют от горячего конца к холодному, поскольку на холодном конце проводника плотность горячих носителей ниже.Носители холода распространяются от холодного конца к горячему по той же причине.

Если бы проводник оставался для достижения термодинамического равновесия, этот процесс привел бы к равномерному распределению тепла по проводнику (см. Теплопередачу). Движение тепла (в виде горячих носителей заряда) от одного конца к другому называется тепловым током. Когда носители заряда движутся, это также электрический ток.

В системе, где на обоих концах поддерживается постоянная разница температур (постоянный тепловой ток от одного конца к другому), происходит постоянная диффузия носителей.Если бы скорость диффузии горячих и холодных носителей в противоположных направлениях была бы одинаковой, чистого изменения заряда не было бы. Однако диффундирующие заряды рассеиваются на примесях, дефектах и ​​колебаниях решетки (фононах). Если рассеяние зависит от энергии, горячие и холодные носители будут диффундировать с разной скоростью. Это создает более высокую плотность носителей на одном конце материала, а расстояние между положительным и отрицательным зарядами создает разность потенциалов; электростатическое напряжение.

Это электрическое поле, однако, противодействует неравномерному рассеянию носителей, и достигается равновесие, когда чистое количество носителей, диффундирующих в одном направлении, компенсируется чистым числом носителей, движущихся в противоположном направлении от электростатического поля. Это означает, что термоЭДС материала в значительной степени зависит от примесей, дефектов и структурных изменений (которые часто меняются в зависимости от температуры и электрического поля), а термоЭДС материала представляет собой совокупность множества различных эффектов.

Ранние термопары были металлическими, но многие недавно разработанные термоэлектрические устройства сделаны из чередующихся полупроводниковых элементов p-типа и n-типа, соединенных металлическими межсоединениями, как показано на рисунках ниже. Полупроводниковые переходы особенно распространены в устройствах для выработки электроэнергии, в то время как металлические переходы более распространены при измерении температуры. Заряд протекает через элемент n-типа, пересекает металлическое межсоединение и переходит в элемент p-типа. Если предусмотрен источник питания, термоэлектрическое устройство может действовать как охладитель, как показано на рисунке слева ниже.Это эффект Пельтье, описанный в следующем разделе. Электроны в элементе n-типа будут двигаться против направления тока, а отверстия в элементе p-типа будут двигаться в направлении тока, отводя тепло с одной стороны устройства. Если предусмотрен источник тепла, термоэлектрическое устройство может работать как генератор энергии, как показано на рисунке справа внизу. Источник тепла будет направлять электроны в элементе n-типа к более холодной области, тем самым создавая ток в цепи.Отверстия в элементе p-типа будут течь в направлении тока. Затем ток можно использовать для питания нагрузки, тем самым преобразуя тепловую энергию в электрическую.

[править] Phonon drag

Основная статья: Фононное сопротивление

Фононы не всегда находятся в локальном тепловом равновесии; они движутся против теплового градиента. Они теряют импульс из-за взаимодействия с электронами (или другими носителями) и дефектами в кристалле. Если фонон-электронное взаимодействие преобладает, фононы будут стремиться подтолкнуть электроны к одному концу материала, теряя при этом импульс.Это способствует уже существующему термоэлектрическому полю. Этот вклад наиболее важен в области температур, где преобладает рассеяние фононов на электронах. Это происходит для

где θ _D — температура Дебая. При более низких температурах для увлечения доступно меньше фононов, а при более высоких температурах они имеют тенденцию терять импульс в фонон-фононном рассеянии вместо фонон-электронного рассеяния.

Эта область зависимости термоЭДС от температуры сильно изменяется под действием магнитного поля.

[править] Спиновые батареи с эффектом Зеебека и магнитные батареи

Физики недавно обнаружили, что нагрев одной стороны намагниченного никель-железного стержня заставляет электроны перестраиваться в соответствии со своими спинами. Этот так называемый «эффект вращения Зеебека» может привести к тому, что батареи будут генерировать магнитные токи, а не электрические. Источник магнитных токов может быть особенно полезен для разработки устройств спинтроники, в которых используются магнитные токи для уменьшения перегрева компьютерных микросхем, поскольку, в отличие от электрических токов, магнитные токи не выделяют тепла ^[3] .

[править] Эффект Пельтье

Этот эффект носит имя Жан-Шарля Пельтье (французский физик), который в 1834 году открыл теплотворный эффект электрического тока на стыке двух разных металлов. Когда через цепь протекает ток I, тепло выделяется в верхнем переходе (при T ₂ ) и поглощается в нижнем переходе (при T ₁ ). Теплота Пельтье, поглощаемая нижним спаем в единицу времени, равна

.

, где Π — коэффициент Пельтье Π _AB всей термопары, а _A и Π _B — коэффициенты для каждого материала.Кремний P-типа обычно имеет положительный коэффициент Пельтье (хотя и не выше ~ 550 K), а кремний n-типа обычно отрицательный, как следует из названий.

Коэффициенты Пельтье показывают, сколько теплового тока проходит на единицу заряда через данный материал. Поскольку зарядный ток должен быть непрерывным через соединение, связанный тепловой поток будет иметь прерывистый характер, если Π _A и Π _B будут разными. Это вызывает ненулевое расхождение на стыке, и поэтому тепло должно накапливаться или истощаться там, в зависимости от знака тока.Другой способ понять, как этот эффект может охладить переход, — это заметить, что когда электроны текут из области с высокой плотностью в область с низкой плотностью, они расширяются (как в случае идеального газа) и охлаждаются.

Проводники пытаются вернуться к электронному равновесию, которое существовало до подачи тока, путем поглощения энергии на одном соединителе и высвобождения ее на другом. Отдельные пары можно соединить последовательно для усиления эффекта.

Интересным следствием этого эффекта является то, что направление теплопередачи контролируется полярностью тока; изменение полярности изменит направление передачи и, следовательно, знак поглощенного / выделяемого тепла.

A Охладитель Пельтье / нагреватель или термоэлектрический тепловой насос — это твердотельный активный тепловой насос, который передает тепло от одной стороны устройства к другой. Охлаждение Пельтье также называется термоэлектрическим охлаждением (ТЕС).

[править] эффект Томсона

Эффект Томсона был предсказан и впоследствии экспериментально обнаружен Уильямом Томсоном (лорд Кельвин) в 1851 году. Он описывает нагрев или охлаждение проводника с током с градиентом температуры.

Любой проводник с током (кроме сверхпроводника) с разницей температур между двумя точками будет либо поглощать, либо выделять тепло, в зависимости от материала.

Если плотность тока Дж проходит через однородный проводник, тепловыделение на единицу объема составляет:

где

ρ — удельное сопротивление материала

dT / dx — температурный градиент вдоль провода

μ — коэффициент Томсона.

Первый член ρ J² — это просто джоулева нагревание, которое необратимо.

Второй член — это тепло Томсона, которое меняет знак, когда J меняет направление.

В таких металлах, как цинк и медь, у которых более горячий конец имеет более высокий потенциал и более холодный конец при более низком потенциале, когда ток движется от более горячего конца к более холодному концу, он перемещается от высокого к низкому потенциалу, так происходит выделение тепла. Это называется положительным эффектом Томсона .

В таких металлах, как кобальт, никель и железо, у которых более холодный конец имеет более высокий потенциал и более горячий конец при более низком потенциале, когда ток перемещается от более горячего конца к более холодному концу, он перемещается от низкого к более низкому уровню. высокий потенциал, происходит поглощение тепла. Это называется отрицательным эффектом Томсона .

Коэффициент Томсона является уникальным среди трех основных термоэлектрических коэффициентов, поскольку это единственный коэффициент термоэлектрической проницаемости, который можно напрямую измерить для отдельных материалов.Коэффициенты Пельтье и Зеебека можно определить только для пар материалов. Таким образом, не существует прямого экспериментального метода для определения абсолютного коэффициента Зеебека (т. Е. ТермоЭДС) или абсолютного коэффициента Пельтье для отдельного материала. Однако, как упоминалось в другом месте этой статьи, есть два уравнения, соотношения Томсона, также известные как соотношения Кельвина (см. Ниже), связывающие три термоэлектрических коэффициента. Поэтому только один можно считать уникальным.

Если коэффициент Томсона материала измеряется в широком диапазоне температур, включая температуры, близкие к нулю, можно затем интегрировать коэффициент Томсона в диапазоне температур, используя соотношения Кельвина для определения абсолютного значения (т.е.е. для одного материала) значения коэффициентов Пельтье и Зеебека. В принципе, это необходимо сделать только для одного материала, поскольку все остальные значения могут быть определены путем попарного измерения коэффициентов Зеебека в термопарах, содержащих эталонный материал, с последующим добавлением абсолютной термоэлектрической мощности (термоЭДС) эталонного материала.

Обычно утверждается, что свинец имеет нулевой эффект Томсона. Хотя это правда, что термоэлектрические коэффициенты свинца малы, в целом они не равны нулю.Коэффициент Томсона свинца был измерен в широком диапазоне температур и был интегрирован для расчета абсолютной термоэлектрической мощности (термоЭДС) свинца как функции температуры. ^[4]

В отличие от свинца термоэлектрические коэффициенты всех известных сверхпроводников равны нулю.

[править] Отношения Томсона

Эффект Зеебека на самом деле представляет собой комбинацию эффектов Пельтье и Томсона. Фактически, в 1854 году Томсон обнаружил две зависимости, которые теперь называются отношениями Томсона или Кельвина, между соответствующими коэффициентами.Абсолютная температура T , коэффициент Пельтье Π и коэффициент Зеебека S связаны первым соотношением Томсона

, который предсказал эффект Томсона до того, как он был фактически формализован. Они связаны с коэффициентом Томсона μ вторым соотношением Томсона

Теоретическое рассмотрение термоэлектричества Томсоном примечательно тем, что это, вероятно, первая попытка разработать разумную теорию необратимой термодинамики (неравновесной термодинамики).Это произошло примерно в то время, когда Клаузиус, Томсон и другие вводили и уточняли понятие энтропии.

[править] Достоинства

Добротность для термоэлектрических устройств определяется как

,

, где σ — электропроводность, λ — теплопроводность, а S — коэффициент Зеебека или термоэдс (обычно в мкВ / К). Это чаще всего выражается как безразмерный показатель качества ZT путем умножения его на среднюю температуру (( T ₂ + T ₁ ) / 2).Более высокие значения ZT указывают на большую термодинамическую эффективность при соблюдении определенных положений, в частности требования, чтобы два материала пары имели одинаковые значения Z . ZT — это очень удобный показатель для сравнения потенциальной эффективности устройств, использующих различные материалы. Значения ZT = 1 считаются хорошими, а значения в диапазоне по крайней мере 3–4 считаются важными для термоэлектриков, чтобы конкурировать с механической генерацией и охлаждением по эффективности.На сегодняшний день наилучшие зарегистрированные значения ZT находятся в диапазоне 2–3. ^{[5] [6] [7]} Многие исследования термоэлектрических материалов были сосредоточены на увеличении коэффициента Зеебека и снижении теплопроводности, особенно за счет изменения наноструктуры материалов.

Немецкие автопроизводители Volkswagen и BMW разработали термоэлектрические генераторы (ТЭГ), которые утилизируют отходящее тепло двигателя внутреннего сгорания.

Согласно отчету проф.Роу из Университета Уэльса в Международном термоэлектрическом обществе, Volkswagen заявляет, что выходная мощность ТЭГ составляет 600 Вт в условиях движения по шоссе. Электроэнергия, производимая ТЭГ, удовлетворяет около 30% электрических требований автомобиля, что приводит к снижению механической нагрузки (генератора переменного тока) и снижению расхода топлива более чем на 5%.

BMW и DLR (German Aerospace) также разработали термоэлектрический генератор с приводом от выхлопных газов, который достигает максимальной мощности 200 Вт и успешно используется на дорогах протяженностью более 12 000 км. ^{a b} Строго говоря, эти два выражения для коэффициента Зеебека являются приблизительными: числителем первого уравнения должна быть разность (электрохимический потенциал, деленный на -e), а не электрический потенциал, и точно так же второе уравнение должно иметь градиент электрохимического потенциала, деленный на e, а не на электрическое поле. Однако химический потенциал часто относительно постоянен как функция температуры, поэтому использование одного электрического потенциала в этих случаях является очень хорошим приближением. Т. К. Харман, М. П. Уолш, Б. Э. Лафорж и Г. В. Тернер, J. Electron. Матер. 34, L19 2005

• Безансон, Роберт М. (1985). Энциклопедия физики, третье издание . Компания Ван Ностранд Райнхольд. ISBN 0-442-25778-3.
• Роу, Д. М., изд. (2006). Справочник по термоэлектрикам: от макро до нано . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 0-8493-2264-2.
• Иоффе А.Ф. (1957). Полупроводниковые термоэлементы и термоэлектрическое охлаждение .Infosearch Limited. ISBN 0-8508-6039-3.
• Томсон, Уильям (1851). «К механической теории термоэлектрических токов». Proc.Roy.Soc.Edinburgh : 91–98.

[править] Внешние ссылки

[править] Общие

[править] Полупроводники

[править] Металлы

[править] Связанные

Список литературы

1. «Повышение». Adidas Boost Running Обувь и Boost Одежда для бега Boost.Adidas, н.д. Интернет. 25

Апр. 2014. .

2. «Вибродвигатель сотового телефона 75series для бытовых электрических вентиляторов, двигатель постоянного тока 12 В с высокими оборотами ».

www.alibaba.com. Компания Foshan Shunde Lingqi Electrical Appliance Industrial Co., Ltd, n.d.

Интернет. 25 апр.2014 г.

75 Серия-for_1327470209.html? S = p>.

3. «Охлаждающая одежда и Аксессуары на основе эффекта Пельтье »Ideas4All. Ideas4all, 26 февраля

2009. Интернет. 25 апреля 2014 г.

аксессуары-на-основе-эффект-Пельтье-перевод-идеи-no-2762>.

4. «Фабрика горячей продажи вибрационного Стельки — Купить вибрирующие стельки, стельки Super Feet

2013 г., спортивные стельки ». Www.alibaba.com. Шэньчжэнь Жуйджиси

Technology Co., Ltd, n.d. Интернет. 25 апреля 2014 г.

подробно / Factory-hot-sold-vibrating-insoles_1078963616.html>.

5.«Здоровый силикон для ухода за ногами Вибрационные стельки для ковриков ». Www.alibaba.com. Huizhou Jiaxin

Rubber Co., Ltd, n.d. Интернет. 25 апреля 2014 г.

Care-Healthy-Silicone-Foot mat_1277938465.html>.

6. «Обувь». Outlast. Переживать Технологии, н.о. Интернет. 25 апреля 2014 г.

.

7. «МУЖСКАЯ БЕГОВАЯ ОБУВЬ». Nike Магазин. Мужские кроссовки. N.p., n.d. Интернет. 25 апреля

2014. .

8. «Датчик Nike + iPod». Nike.com. Nike, н.д. Интернет. 25 апреля 2014 г.

.

9. «Outlast Technologies». Википедия. Фонд Викимедиа, 15 апреля 2014 г. Интернет. 25 апреля

2014. .

10. «Патент US20120116550 — Мониторинг фитнеса с помощью мобильного устройства.»Google Книги.

Google, 10 мая 2012 г. Интернет. 25 апреля 2014 г.

a = X & ei = kphaU-KFC6bjsASP74CwDA & ved = 0CDUQ6AEwAA>.

11. «Патент US8562490 — Портативный». Системы фитнес-мониторинга и их приложения ».

Google Книги.Google, 22 октября 2013 г. Интернет. 25 апреля 2014 г.

FJlaU_yjOKiksQTr8oCIBQ & ved = 0CDcQ6AEwAA>.

12. «Фазовые материалы». Википедия. Фонд Викимедиа, 21 апреля 2014 г. Интернет. 25 апреля

2014. .

13. Ридден, Пол. «Аполлон Рубашка Использует технологию космического скафандра для регулирования температуры тела ».

Гизмаг. Гизмаг, 5 июля 2012 г. Web. 25 апреля 2014 г.

рубашка использует-наса-скафандр-технология-регулировать-температуру тела / 23217 />.

14.Стадтер, Трейси. «Фаза Измените материалы. «MIT Technology Review. MIT Technology

Обзор, 1 марта 2002 г. Web. 25 апреля 2014 г.

.

15. «Термоэлектрический эффект». Википедия. Фонд Викимедиа, 21 апреля 2014 г. Интернет. 24 апреля

2014 г..

16. «TI анонсировала новый чип GPS, стоимость до $ 5. »GPS BUSINESS NEWS. GPS Business

Новости, н.о. Интернет. 25 апреля 2014 г.

GPS-chip-cost-under-5_a102.html>.

17.»Вибрационная обувь обеспечивает Навигационные указания слепым [Видео] — ПСФК. ПСФК

RSS. ПСФК, н.о. Интернет. 25 апреля 2014 г.

guide-blind.html #! FdPxl>

18. «Что такое эффект Пельтье?» WiseGEEK. Conjecture Corporation, n.d. Интернет. 25 апреля 2014 г.

.

19. «Опт — Вибратор. Металлическая полка мотора вибрационного зуммера для Apple iPhone 5S. «

Бесплатная торговая площадка DHGate.com. Танглинаса, н.д. Интернет. 25 апреля 2014 г.

полка / 182738843.html # se1-14-1 | 2769749557>.

Эффект Зеебека и эффект Пельтье pdf free

Эффект Зеебека и эффект Пельтье pdf free

Ключевые слова: термоэлектрический перенос, эффект Зеебека, эффект Нернста, уравнение Больцмана, материал ivvi. 22 Исследование термоэлектрических эффектов Зеебека и Пельтье — скачать бесплатно в формате pdf, текстовый файл. Этот процесс был открыт в 1834 году ученым по имени Пельтье, поэтому он получил название эффекта Пельтье.Эффект Пельтье 1834, обратный эффекту Зеебека, также возможен: пропуская ток через два перехода, можно создать разницу температур. Термоэлектрический эффект, который представляет собой прямое преобразование температуры. Два основных термоэлектрических эффекта — это эффект Зеебека и эффект Пельтье, которые в сочетании с законами термодинамики можно использовать. Эффект Пельтье — это явление, при котором поглощение / выделение тепла q индуцируется на стыках с выводами приложенным током i, expr s d как q i, 2, где — коэффициент Пельтье.Поглощение или выделение тепла на стыках разнородных металлов. Термоэлектрические эффекты, эффект Зеебека, эффект Пельтье, нагрев / охлаждение во время протекания тока в контактах, эффект Томпсона, нагрев / охлаждение в материалах с током и t-градиентом. И наоборот, когда на него подается напряжение, создается разница температур. Основываясь на термоэлектрическом эффекте, термобатарея может использоваться в качестве теплового датчика для измерения теплового излучения. На рисунке 4 показано применение эффекта Пельтье в режиме охлаждения 11.Чтобы узнать об эффекте Зеебека, посетите следующие веб-сайты: o авторы Википедии, 2006 г. Термодинамика полупроводников: эффект Пельтье на pn-переходе исправленная и расширенная версия jan-martin wagner, hilmar straube, otwin breitenstein. Применим модель свободных электронов к электричеству.

Интуитивно понятное введение в три эффекта в

Где s называется термоэлектрической мощностью коэффициента Зеебека или термоЭДС. Эффект Зеебека предсказывает, что электрический потенциал возникает в проводящем материале при приложении температурного градиента, таким образом, это электродвижущая сила.Плотность свободно движущихся электронов равна плотности доноров. Эффект Пельтье противоположен эффекту Зеебека. Соотношение, определяющее коэффициент Зеебека s для материала. Биография термоэлектрического эффекта зеебека и она есть. 230 Эта возможность используется в технологии термоэлектрического охлаждения. 1 первый термоэлектрический эффект: эффект Зеебека. Он состоит из двух разнородных металлов, a и b, соединенных вместе, чтобы образовать два перехода, p и q, которые поддерживаются при температурах t1 и t2 соответственно, что создает ЭДС Пельтье в цепи и является функцией температур двух переходы.Термоэлектрические эффекты, такие как эффект Зеебека, эффект Пельтье и эффект Томсона, возникают в результате интерференции электрического тока и теплового потока в различных. 3 взаимодействие эффектов Пельтье и Зеебека в нелокальных спиновых клапанах на наномасштабе 35. Демонстрировать эффект Пельтье гораздо труднее, чем эффект Зеебека. Энергия электрона на уровне Ферми составляет? W относительно свободного. См. Мое объяснение того, как работает термоэлектрический эффект. Причина эффекта Зеебека, как известно, отсутствие свободных электронов в единице объема и их средняя скорость варьируется от одного металла к другому.Предпосылки эффект Пельтье — это производство или поглощение тепла на стыке между двумя разными проводниками при прохождении через него электрического заряда 1.

Электронные транспортеры для термоэлектрических приложений на ivvi

Pdf, поскольку он уже узнал об открытии электромагнетизма Эрстедом. Когда два металла находятся в электрическом контакте, электроны перетекают из одного, в котором электроны менее связаны, в другой. Скачайте термоэлектрический эффект Пельтье Зеебека и Томсона бесплатно и быстро с надежных серверов.Лекция 21: цели эффекта Зеебека. В этой лекции вы изучите следующий эффект Зеебека и термо-ЭДС. Термоэлектрическое напряжение, развиваемое на единицу разницы температур в проводнике. 167 Эффект Томсона в различных материалах, коэффициент Зеебека непостоянен по температуре, и поэтому пространственный градиент температуры может привести к градиенту коэффициента Зеебека. B термоэлектрический эффект является результатом термодиффузии заряженных носителей от горячего конца к холодному. / не соответствует расчетным коэффициентам.Термоэлектрический ряд металлов, из которых можно формировать термопары. Всем привет, в этом видео мы обсудим, что такое термопара, принцип работы термопары, эффект Зеебека, эффект Пельтье, эффект Томсона. Электропроводящие материалы демонстрируют три типа термоэлектриков. Перестройка свободных электронов в проводнике. Доступ к термоэлектрическому эффекту, wikipedia, свободной энциклопедии. Термин термоэлектрический эффект охватывает три отдельно идентифицированных эффекта: эффект Зеебека.Терасаки, в справочном модуле по материаловедению и материаловедению, 2016 г. 4. Эта диссертация предоставляется вам в свободный и открытый доступ вместе с диссертацией / диссертацией. Нагрев или охлаждение Пельтье происходит, когда электрический ток, i, течет через соединение между двумя проводниками. Это разделение происходит из независимых открытий французского физика Жана Шарля Атаназа Пельтье и немецко-эстонского физика Томаса Иоганна Зеебека. Общая теория: основы термоэлектричества и эффекта Пельтье.

Гронингенский университет термоэлектрические эффекты в магнитном поле

Коэффициент Зеебека измеряет величину этого эффекта. Сопутствующие термоэлектрические эффекты, а затем ненадолго остановимся на этом. Ключевые слова: эффект Зеебека, эффект Пельтье, термоэлектрический модуль i. Физика термоэлектрического эффекта зеебека. Механизмы рассеяния электронов обычно идентифицируют по их влиянию на. Эффект Зеебека, когда два перехода пары разнородных металлов поддерживаются при разных температурах, возникает.Если через этот градиент пропускается ток, то возникает непрерывная версия эффекта Пельтье. Равновесная концентрация свободных зарядов, t — температура. 487 Сила, возникающая на свободных концах разорванной электрической цепи, состоящей из двух частей. Для термопар было бы полезно изучить руководство по астме. Принцип, термоэлектрический ряд, измерение температуры термоэлектриком.

Термоэлектрические свойства материалов

Выявленные эффекты, эффект Зеебека, эффект Пельтье.Когда на нижний переход подается напряжение, свободные носители движутся сверху. Во многих учебниках термоэлектрический эффект также может называться. Помимо выделяемого джоулева тепла, определенное количество тепла q? В зависимости от направления тока образуется или поглощается на каждом стыке. Позже, в 1823 году, Орстед назвал это явление термоэлектрическим эффектом. Принцип работы термопары основан на трех эффектах — эффекте Зеебека, эффекте Пельтье и эффекте Томсона. 99 Термоэлектрическое устройство создает напряжение, когда с каждой стороны разная температура.В 1834 году французский часовщик и физик по совместительству Жан Пельтье обнаружил, что электрический ток вызывает температурный градиент. В твердых телах тепло переносится фононами и свободными электронами. Термоэлектрический эффект — это прямое преобразование разницы температур в электрическое напряжение и наоборот через термопару. Эффект Томсона является продолжением модели Пельтье-Зебека.

Термоэлектрические эффекты в адиабатических условиях mdpi

Т гермоэлектрическая разность передачи из-за 1 эффекта Зеебека 10-6 i-mode 10 ma 0 математическая модель разность frdc-dc mjtc 32465 при прохождении постоянного тока i через нагреватель / опору нагревателя -1 стык sjtc, нагрев и охлаждение Пельтье происходит в v-режиме 4.Теоретически генерирующая система может перерабатывать. В модели применяется полупроводниковый переход n-типа с двумя. Эффект Пельтье — это явление, при котором разность потенциалов, приложенная к термопаре, вызывает разность температур между спаями. 52 Поглощение или выделение тепла на стыках разнородных металлов, если в цепи присутствует ток. Эффект Пельтье и эффект Зеебека рассчитываются с применением обратимого замкнутого цикла Карно. Эффект Зеебека — это явление, при котором существует разница температур между двумя.Коэффициент Зеебека связан прямым изменением генерируемого напряжения? V и температурного градиента? T. Зеебек родился в сегодняшнем Таллинне в богатой балтийской купеческой семье. Если два разнородных материала соединены одним концом и температура стыка отличается от температуры свободного. Когда два разных металла соприкасаются, свободные электроны имеют тенденцию диффундировать от металла с большей плотностью к поверхности. Где t — время релаксации, среднее время свободного пробега между столкновениями и.Термоэлектрические эффекты были применены к генераторам энергии и датчикам температуры, которые преобразуют отходящее тепло в электричество. В термоэлектрическом материале есть свободные носители, которые несут и то, и другое. Настольный прибор для проверки работы термоэлектрического устройства для испытаний Пельтье или Зеебека в качестве теплового насоса или генератора. 3 одномерная модель термоэлектрического модуля с эффектом Томсона.

Digitalcommonslinfield Linfield University

Чтобы еще больше продемонстрировать эффект Зеебека, мы погрузились.Термоэлектричество, также называемое эффектом Пельтье-Зеебека, прямым преобразованием тепла в электричество или электричества в тепло с помощью двух взаимосвязанных механизмов: эффекта Зеебека и эффекта Пельтье. Рассмотрим ток, протекающий по цепи, состоящей из разных проводников. Вы можете приобрести коммерческое устройство с эффектом Пельтье и изучить зависимость его температуры от термоэлектрического эффекта, эффекта Зеебека, термоэлектрического тока, эффекта Зеебека. Терасаки, всесторонняя полупроводниковая наука и технология, 2011 1.Хотя эффект возникает только при стыке двух материалов, зеебек. 10 декабря 1831 года балтийский немецкий физик в 1822 году обнаружил связь между теплотой и магнетизмом. Дано исчерпывающее объяснение эффектов Зеебека и Пельтье и описаны. 405 High zt; термоэлектрический эффект; эффект Пельтье; эффект Зеебека. Термоэлектричество, также называемое эффектом Пельтье-Зеебека, прямым преобразованием тепла. Микроскопическая интерпретация местного коэффициента Пельтье.Три эффекта: эффект Зеебека, эффект Пельтье и эффект Томсона, 14. Аннотация: создана простая модельная система для вывода явных выражений термоэлектрического эффекта для Пельтье, Зеебека и Томсона. Для металлов коэффициент Пельтье составляет от 102 до 103 для. Далее приводится краткое изложение вывода выражения для коэффициента Зеебека на основе модели квазисвободных электронов и простой зависимости от энергии. Эффект Пельтье и эффект Зеебека рассчитываются путем применения a. Исследование началось с теоретических выводов, теория свободного электронного газа снова оказалась плохой теорией для объяснения эффекта Зеебека.Обычно, когда речь идет о термине, включающем термо, используется название термодинамика.

Спиновые эффекты Зеебека и Спина Пельтье ifshr

Мотивация: эффект Пельтье в исследованиях фотогальванических устройств с синхронизацией термографии. Введение Когда образуется цепь из двух разнородных металлов и двух соединений, ток будет течь между соединением или цепью. — эффект Пельтье: при работе в качестве генератора одна сторона устройства нагревается до температуры, превышающей температуру другой стороны, и в результате между двумя сторонами возникает разница в напряжении.Это может показаться похожим на описанное выше нагревание джоулем, но на самом деле это не так. Эффект Пельтье — явление, обратное эффекту Зеебека; электрический ток, протекающий через соединение, соединяющее два материала, будет излучать или поглощать тепло в единицу времени на стыке, чтобы уравновесить разницу в химическом потенциале двух материалов. В термоэлектрическом материале есть свободные электроны или дырки, которые переносятся. Термоэлектрический эффект из Википедии, свободной энциклопедии термоэлектрический эффект — это прямое преобразование разницы температур в электрическое напряжение и наоборот.Термоэлектрический эффект состоит из трех эффектов: эффекта Зеебека, эффекта Пельтье и эффекта. Как магнетизм влияет на эффект Зеебека — важный вопрос, вызывающий широкую озабоченность в сообществе термоэлектриков, но остающийся неуловимым. В системе использовался термоэлектрический тепловой насос в качестве основного устройства для производства холодного воздуха, известного как эффект Пельтье. 1 термоэлектрические эффекты: эффект Зеебека, эффект Пельтье. Измерительная термопара в ледяной бане, а затем в чайнике с кипящей водой. Любой термоэлектрический эффект предполагает преобразование разницы температур в разность напряжений.54 Обычно, когда упоминается какой-либо термин, связанный с термообработкой, он обращается к термину «термодинамика» и знаменитому второму закону термодинамики, по крайней мере, у меня это так! Что в основном говорит о том, что бесплатного обеда нет или, говоря более формально, энтропия всегда увеличивается. Эффект Зеебека, эффект Пельтье, спин, эффект Зеебека, учида, 2008, спин, эффект Пельтье, переворот, 2014, даймон, 2016, заключение: дата создания: 10/11/2017, 8:06:36 pm. Эффект Пельтье можно рассматривать как обратный аналог эффекта Зеебека, аналогичный обратной ЭДС в магнитной индукции: если простая термоэлектрическая цепь замкнута, то эффект Зеебека будет управлять током, который, в свою очередь, за счет эффекта Пельтье буду.Эффект Пельтье и эффект Зеебека — обратимые термодинамические процессы. Это изменение локального коэффициента Зеебека объясняется сокращением эффективной длины свободного пробега электронов ЭДС из-за краевого рассеяния и.

tpares_all.pdf

Зеебек http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/seebeck.html Томас Иоганн Зеебек Недатированная гравюра, Немецкий музей, Мюнхен Томас Иоганн Зеебек б. 9 апреля 1770 г., т all гостиница, Эстония, Российская Империя д.10 декабря 1831 г., Берлин, Пруссия [ныне Германия] В 1821 г. эстонско-немецкий физик Зеебек продемонстрировал электрический потенциал в точках соединения двух разнородных металлов, когда между соединениями существует разность температур. Это был термоэлектрический эффект, известный в физике как эффект Зеебека. Он является основой термопары и считается наиболее точным средством измерения температуры. Томас Иоганн Зеебек родился 9 апреля 1770 года в Ревеле (ныне T all in), столице Эстонии, которая тогда была частью Восточной Пруссии, в богатой купеческой семье.Его отец был немцем по происхождению с корнями в Швеции, и, возможно, из-за этого он побудил Томаса изучать медицину в Германии, что он и делал в университетах Берлина и Геттингена. Он получил степень доктора медицины в 1802 году, но, поскольку он предпочитал исследования в области физики практике медицины, он занялся образованием и исследованиями в качестве карьеры. Он наиболее известен как физик. После окончания университета он поступил на факультет Йенского университета, где познакомился и стал хорошим другом Иоганна фон Гете.Вдохновленный романтическим движением в Германии и антиньютоновской теорией цветов Гете, он работал с Гете над теорией цвета и эффектом цветного света. Затем Зеебек занялся исследованием солнечного спектра. Он обнаружил влияние нагрева и химикатов на различные цвета солнечного спектра в 1806 году. В 1808 году он получил первую химическую комбинацию аммиака с оксидом ртути. К 1812 году он изучал оптическую поляризацию в напряженном стекле, но его открытия в этой области были открыты ранее неизвестными ему учеными Брюстером и Био.Зеебек вернулся в Берлинский университет примерно в 1818 году в качестве преподавателя, где он независимо работал над намагничиванием железа и стали, когда электрические токи пропускались через проводники. Магнитное воздействие электричества на железо и сталь только что открыли Араго и Дэви. В многочисленных экспериментах по намагничиванию различных металлов он наблюдал аномальную реакцию намагниченного раскаленного железа, которая в конечном итоге привела к явлению, известному теперь как гистерезис.Зеебек исследовал фотолюминесценцию (люминесцентное излучение некоторых материалов, возбуждаемых светом), нагревание и химические эффекты различных частей солнечного спектра, поляризацию и магнитный характер электрических токов. 1 из 4 30.05.2006 11:29

EMBR Labs — Wiki | Golden

EMBR Labs — технологическая компания, основанная в 2014 году Дэвидом Коэном, Мэтью Смитом и Сэмом Шеймсом со штаб-квартирой в Кембридже, штат Массачусетс.Компания делает акцент на личном благополучии. Их технология направлена ​​на обеспечение теплового комфорта за счет использования их продукта, Embr Wave, который представляет собой термо-электрический браслет, который дает людям возможность контролировать, насколько тепло или холодно они себя чувствуют.

Embr Wave был разработан четырьмя студентами-инженерами из Массачусетского технологического института под названием Wristify. Устройство предназначено для использования так называемого эффекта Пельтье для снижения или повышения температуры тела. Браслет работает от литиевой батареи.Команда студентов заняла первое место за это изобретение на MADMEC, ежегодном конкурсе материаловедческого дизайна Массачусетского технологического института в 2013 г.

Эффект Пельтье — это охлаждение одного перехода и нагрев другого при поддержании электрического тока в цепи. который состоит из двух разнородных проводников. Повышение температуры происходит в цепи, состоящей из двух медных проводов, соединенных с батареей, и висмутового провода, когда ток проходит от меди к висмуту в месте соединения. А падение температуры происходит при переходе тока от висмута к меди в месте перехода.Wristify и Embr Wave используют серию этих переходов, которые потребляют энергию от небольшой батареи, и когда устройство наматывается на запястье, устройство немного снижает температуру запястья на несколько долей градуса в течение нескольких секунд. секунд.

Финансирование

Долговое финансирование

16 января 2015 года EMBR Labs завершила раунд долгового финансирования с привлечением 100 000 долларов США от Intel Capital.

Series A

20 ноября 2018 года компания EMBR Labs завершила раунд финансирования серии A с 1 долларом.5 миллионов долларов финансирования от Social Starts, PBJ Capital, Joyance Partners и Bose Ventures.

Пельтье, Жан Шарль Атанас | Encyclopedia.com

( b . Хэм, Франция, 22 февраля 1785 г .; d . Париж, Франция, 27 октября 1845 г.)

физика .

Пельтье родился в бедной семье; его отец зарабатывал на жизнь сапожником. Быстрый ум и настойчивость проявились в раннем возрасте, как и механические навыки. Однако его формальное образование ограничивалось местными школами.В возрасте пятнадцати лет он поступил в ученики к немецкому часовщику по имени Браун в Сен-Кантене. Ему было отказано в разрешении на учебу и, как правило, с ним плохо обращались; Через два года, в 1802 году, отец сместил его с этой должности и отдал в Париже в ученики другому часовщику по имени Мера, который работал на А.Л. Бреке. После попытки поступить в армию, которой помешало неодобрение его матери, Пельтье привлек внимание Бреке и поступил к нему на службу в 1804 году. В 1806 году Пельтье основал свой магазин и женился на Майл Дюфан.Смерть матери жены в 1815 году принесла ему скромное наследство, которого было достаточно для их нужд, и он удалился.

Пельтье, даже работая на своем предприятии, читал широко; когда он вышел на пенсию, он посвятил свое внимание широкому кругу исследований и начал составлять латинскую грамматику. Затем он заинтересовался френологией Франца Галля и в возрасте тридцати шести лет был вдохновлен изучать анатомию, чтобы получить более полные знания о структуре мозга. Он посетил несколько демонстраций вивисекции, проводимых Магенди, в которых электричество использовалось для стимуляции нервов.Эти демонстрации привели Пельтье к изучению электричества, которым он занимался последние двадцать лет своей жизни.

Первая научная статья Пельтье была доставлена ​​в Академию наук в 1830 году. В ней он показал, что химические эффекты могут быть получены от сухой кучи, если площадь поверхности пластин достаточно велика. Эта работа также показала, что Пельтье имел некоторое представление о разнице между током и напряжением, с которой электрикам пришлось бороться еще десять лет.

Вдохновленный работой Нобили, Пельтье сконструировал чувствительный гальванометр для измерения проводимости сурьмы и висмута при малых токах. Использование Пельтье небольших образцов этих непластичных материалов было удачным, потому что аномальное поведение этих материалов привело его к созданию термоэлектрического термоскопа и измерению распределения температуры по ряду цепей термопар. Он обнаружил, что на одном стыке может иметь место охлаждающий эффект, а на другом — чрезмерный нагрев.Затем он подтвердил это открытие, применив воздушный термометр вместо термоскопа.

Пельтье не исследовал эффект, который он обнаружил, и его важность не была полностью признана до тех пор, пока двадцать лет спустя Уильям Томсон не начал работу по термодинамике. Однако он написал статью о термоэлектрических сваях и потратил некоторое время на изучение взаимосвязи между статическим и динамическим электричеством.

Остальные научные усилия Пельтье подразделяются на две основные категории: микроскопия и метеорология.Его работа в области микроскопии была результатом его анатомических и физиологических интересов; большинство его наблюдений касалось различных животных. В метеорологии он провел многочисленные измерения электрических зарядов в атмосфере и разработал теорию, которая объясняла различные образования облаков и штормов на основе распределения зарядов. В 1842 году он совершил экскурсию для получения таких измерений. Простуда, вызванная этой поездкой, оставила его в ослабленном состоянии, от которого он так и не выздоровел.

БИБЛИОГРАФИЯ

I.Оригинальные работы. Библиография из более чем 60 статей Пельтье содержится в Каталоге научных статей Королевского общества , IV, 814–817. Его открытие «эффекта Пельтье» появляется в «Новых опытах с калорицитом электричества» в Annales de chimie , 56 (1834), 371–386.

II. Средняя литература. Мемуары сына Пельтье, Ф. А. Пельтье, Notice sur la vie at les travaux scientifiques de J. C.A. Peltier (Париж, 1847 г.

No related posts.