فئات: حقائق مثيرة للاهتمام, أخبار مثيرة للاهتمام الكهربائية
مرات المشاهدة: 86993
تعليقات على المادة: 8
تأثير بلتيير: التأثير السحري للتيار الكهربائي
بداية القرن التاسع عشر. العصر الذهبي للفيزياء والهندسة الكهربائية. في عام 1834 ، وضع صانع الساعات الفرنسي وعالم الطبيعة جان تشارلز بلتيير قطرة ماء بين أقطاب البزموت والأنتيمون ، ثم مر تيار كهربائي عبر الدائرة. وللدهشة ، رأى أن الهبوط قد تجمد فجأة.
كان التأثير الحراري للتيار الكهربائي على الموصلات معروفًا ، لكن التأثير المعاكس كان أقرب إلى السحر. يمكنك أن تفهم مشاعر بلتيير: هذه الظاهرة عند تقاطع مجالين مختلفين من الفيزياء - الديناميكا الحرارية والكهرباء ، تسبب شعوراً بعجب اليوم.
مشكلة التبريد لم تكن حادة كما هي اليوم. لذلك ، لم تتم معالجة تأثير بلتيير إلا بعد ما يقرب من قرنين من الزمان ، عندما ظهرت الأجهزة الإلكترونية ، والتي تتطلب تشغيل أنظمة التبريد المصغرة. كرامة عناصر التبريد بلتيير هي أبعاد صغيرة ، وعدم وجود أجزاء متحركة ، وإمكانية اتصالات تتالي للحصول على اختلافات كبيرة في درجة الحرارة.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن تأثير بلتيير يمكن عكسه: عندما يتغير قطبية التيار خلال الوحدة ، يتم استبدال التبريد بالتسخين ، لذلك من السهل تنفيذ أنظمة صيانة دقيقة لدرجات الحرارة - ترموستات. عيب عناصر بلتيير (وحدات) هو انخفاض الكفاءة ، الأمر الذي يتطلب تلخيص القيم الحالية الكبيرة للحصول على اختلاف ملحوظ في درجة الحرارة. ويمثل التعقيد إزالة الحرارة من اللوحة المقابلة للطائرة المبردة.
لكن أول الأشياء أولا. أولاً ، دعونا نحاول النظر في العمليات المادية المسؤولة عن هذه الظاهرة الملاحظة. دون الانغماس في هاوية الحسابات الرياضية ، سنحاول فقط فهم طبيعة هذه الظاهرة البدنية المثيرة للاهتمام على "الأصابع".
نظرًا لأننا نتحدث عن ظواهر درجة الحرارة ، يستبدل الفيزيائيون ، من أجل توفير وصف رياضي ، اهتزازات الشبكة الذرية لمادة ما بغاز معين يتكون من جسيمات - فونونات.
تعتمد درجة حرارة غاز الفونون على درجة الحرارة المحيطة وخصائص المعدن. عندئذ يكون أي فلز عبارة عن مزيج من غازات الإلكترون والفون في توازن ديناميكي حراري ، وعندما يتلامس معادن مختلفان في حالة عدم وجود مجال خارجي ، يتغلغل غاز الإلكترون "الأكثر سخونة" في منطقة "أكثر برودة" ، مما يخلق فرقًا محتملًا في التلامس يعرفه الجميع.
عند تطبيق الفرق المحتمل على الانتقال ، أي عندما يتدفق التيار عبر حدود اثنين من المعادن ، تستهلك الإلكترونات الطاقة من فونونات أحد المعدن وتنقله إلى غاز الفونون الخاص بآخر. مع تغيير في القطبية ، فإن نقل الطاقة ، مما يعني أن التدفئة والتبريد ، يغير علامة.
في أشباه الموصلات ، تكون الإلكترونات و "الثقوب" مسؤولة عن نقل الطاقة ، ولكن يتم الحفاظ على آلية نقل الحرارة وظهور اختلاف في درجة الحرارة. يزيد الفرق في درجة الحرارة حتى يتم استنزاف الإلكترونات عالية الطاقة. توازن درجة الحرارة في مجموعات. هذه هي الصورة الحديثة من الوصف تأثير بلتيير.
من الواضح من ذلك أداء عنصر بلتيير يعتمد ذلك على اختيار زوج من المواد والقوة الحالية وسرعة إزالة الحرارة من المنطقة الساخنة. بالنسبة للمواد الحديثة (عادة أشباه الموصلات) ، فإن الكفاءة هي 5-8 ٪.
والآن حول التطبيق العملي لتأثير بلتيير. لزيادة ذلك ، يتم تجميع المزدوجات الحرارية (تقاطعات اثنين من المواد المختلفة) في مجموعات تتكون من عشرات ومئات من العناصر. الغرض الرئيسي من هذه الوحدات هو تبريد الأشياء الصغيرة أو الدوائر الصغيرة.
وحدة التبريد الحرارية
تستخدم الوحدات القائمة على تأثير بلتيير على نطاق واسع في أجهزة الرؤية الليلية مع مصفوفة من أجهزة الاستقبال بالأشعة تحت الحمراء.تتطلب الدوائر الكهروضوئية المشحونة بالشحن (CCDs) ، والتي تُستخدم أيضًا اليوم في الكاميرات الرقمية ، تبريدًا عميقًا لتسجيل الصور في منطقة الأشعة تحت الحمراء. وحدات بلتيير تكتشف كاشفات الأشعة تحت الحمراء في التلسكوبات وعناصر الليزر النشطة لتثبيت تردد الإشعاع ، مذبذبات الكريستال في أنظمة الوقت بالضبط. ولكن هذه كلها تطبيقات عسكرية وخاصة.
في الآونة الأخيرة ، وقد وجدت وحدات بلتيير التطبيق في المنتجات المنزلية. أساسا في تكنولوجيا السيارات: مكيفات الهواء والثلاجات المحمولة ومبردات المياه.
مثال على الاستخدام العملي لتأثير بلتيير
التطبيق الأكثر إثارة للاهتمام والواعدة من الوحدات النمطية هو تكنولوجيا الكمبيوتر. تنبعث الكثير من الحرارة من المعالجات الدقيقة عالية الأداء والمعالجات وشرائح بطاقات الفيديو. لتبريدهم ، يتم استخدام مراوح عالية السرعة ، مما يخلق ضوضاء صوتية كبيرة. استخدام وحدات Peltier كجزء من أنظمة التبريد المدمجة يزيل الضوضاء مع إزالة الحرارة بشكل كبير.
اتفاق USBبرودة باستخدام وحدات بلتيير
وأخيراً ، سؤال منطقي: هل تحل وحدات بلتيير محل أنظمة التبريد التقليدية في ثلاجات التبريد المنزلية؟ اليوم هو غير مربح من حيث الكفاءة (انخفاض الكفاءة) والسعر. تكلفة وحدات قوية لا تزال مرتفعة جدا.
لكن التكنولوجيا وعلوم المواد لا تقف مكتوفة الأيدي. من المستحيل استبعاد إمكانية ظهور مواد جديدة وأرخص مع كفاءة عالية ومعامل بلتيير عالي. بالفعل هناك اليوم تقارير من مختبرات الأبحاث حول الخصائص المذهلة للمواد الكربونية النانوية التي يمكن أن تغير الوضع جذريًا مع أنظمة التبريد الفعالة.
كانت هناك تقارير عن شخصية عالية الحرارية من الجدارة من clastrates - حلول صلبة مماثلة في هيكل هيدرات. عندما تغادر هذه المواد مختبرات الأبحاث ، فإن أجهزة التبريد الصامتة تمامًا مع عمر خدمة غير محدود ستحل محل النماذج المنزلية المعتادة.
ملاحظة واحديا من أكثر ممتع ملامح التكنولوجيا الحرارية هل هذا هي هي علبة ليس فقط للاستخدام الطاقة الكهربائية للحصول على الحرارة والبرودة ، ولكن أيضا شكرا لها WMSلكن ابدأ العملية العكسية ، وعلى سبيل المثال ، احصل على الطاقة الكهربائية من الحرارة.
مثال على كيف يمكنك ذلك الحصول على الكهرباء من الحرارة مع باستخدام وحدة الحرارية (مولد حراري) انظر الى هذا فيديو:
ما رأيك في هذا؟ في انتظار تعليقاتكم!
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: