Файл в формате PPT (0,8 МB)

Лекционный курс
«Физические основы
измерений и эталоны»
Раздел
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ
НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР
(ЭЛЕМЕНТЫ КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИ)
Тема
ЭФФЕКТ ПЕЛЬТЬЕ.
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПОТРЕБНОСТЬ В
РАЗРАБОТКЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ


Начиная с 1990 г, наблюдается бурный рост
исследований в области термоэлектроники,
обусловленный тремя основными причинами :
Экологическая опасность применения
фреоновых холодильников

Повышение к.п.д. электронных охладителей

Миниатюризация охлаждающих систем
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

БЫТОВАЯ ТЕХНИКА

АВТОМОБИЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

ПРОМЫШЛЕННЫЕ УСТРОЙСТВА

УСТРОЙСТВА ВОЕННОГО И КОСМИЧЕСКОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
БЫТОВАЯ ТЕХНИКА
ОХЛАДИТЕЛИ
НАПИТКОВ
ДОМАШНИЕ
ХОЛОДИЛЬНИКИ
ПРИГОТОВЛЕНИЕ
ШОКОЛАДА,
МОРОЖЕНОГО
АВТОМОБИЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
ПРОМЫШЛЕННЫЕ УСТРОЙСТВА
ХОЛОДИЛЬНИКИ
ОСУШИТЕЛИ
УСТРОЙСТВА ВОЕННОГО И КОСМИЧЕСКОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
ПРИБОРЫ
НОЧНОГО
ВИДЕНИЯ
ОСНОВНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ЭФФЕКТЫ

ЭФФЕКТ ЗЕЕБЕКА

ЭФФЕКТ ПЕЛЬТЬЕ

ЭФФЕКТ ТОМСОНА
ЭФФЕКТ ЗЕЕБЕКА

В 1821 году Томас Зеебек обнаружил, что в замкнутой
цепи из двух разногодных металлов будет непрерывно
протекать электрический ток, если спаи металлов
поддерживать при различных температурах.
S= dV / dT;
S - коэффициент Зеебека
S положителен когда направление электрического тока
совпадает с напрвлением теплового потока
ЭФФЕКТ ПЕЛЬТЬЕ

В 1834 голу французский физик-любитель Жан Пельтье
обнаружил, что пропускание тока приводит к появлению
температурного градиента на спае двух разных металлов.
П <0 ; отрицательный коэф-т
Пельтье
Электроны с высокой энергией
движутся справа налево.
Тепловой поток и электрический
ток имеют противоположные
направления.
ЭФФЕКТ ПЕЛЬТЬЕ (продолжение)
П >0 ; Положительный коэф-т
Пельтье
Дырки с высокой энергией
движутся слева направо.
Тепловой поток и электрический
ток имеют одно направлениеn.
q=П*j, где q плотность теплового потока, j плотность
электрического тока.
В свою очередь, П= S*T (Вольт)
T - абсолютная температура
СВЯЗЬ ЭФФЕКТОВ ПЕЛЬТЬЕ И ЗЕЕБЕКА.
ОТЛИЧИЕ ОТ ЭФФЕКТА ДЖОУЛЯ
Зеебек
Выделение тепла
П. - нагрев и охлаждение
Д. - только нагрев
П. - только на контактах
Д. - по всему объему
П. - Q ~ I
Д. - Q ~ I2
Пельтье
Влияние направления тока
П. - меняет знак
Д. - не зависит
ЭФФЕКТ ТОМСОНА


Обнаружен Вильямом Томсоном (Лордом Кельвиным)
При протекании электрического тока по проводнику,
концы которого поддерживаются при различных
температурах, возникает тепло.
dQ
dT
 I
ds
ds

Коэффициент Томсона
Коэф-т Зеебека. S зависит от температуры
Соотношение Кельвина:
dS
 T
dT
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
Поток тепла от i -го проводника (i=1 или 2) :
dT
qi  Si IT  ki Ai
dx
Ур-ие: 1
ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ



Для получения наибольшей
эффективности охлаждения необходимы
материалы, которые :
обладают высокой электропроводностью
(как металлы)
обладают низкой теплопроводностью
(как изоляторы)
ПРОГРЕСС КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОХЛАЖДЕНИЯ