разное

Термоэлектрический эффект

Термоэлектрический эффект был открыт Т. Зеебеком (Герма­ния) в 1821 году. Эффект заключается в следующем: если соединить в замкнутую электрическую цепь два проводника из разных метал­лов и поддерживать места соединений (спаев) этих проводников при разных температурах, то между спаями возникает разность потен­циалов, и в цепи появляется электрический ток.

Возникающая в термопаре разность потенциалов АЕ (термо - ЭДС) пропорциональна разности температур спаев ветвей термопары

АЕ = (аі~а2)(Тгор Тхол)-)

Где (Xj, а2 - коэффициенты термо-ЭДС ветвей термопары.

В 1834 году Ж. Пельтье (Франция) открыл эффект, обратный эффекту Зеебека. Эффект Пелътъе заключается в том, что при про­пускании постоянного электрического тока через спай разнородных проводников, в месте спая будет выделяться или поглощаться тепло. Поглощение или выделение тепла зависит от направления тока (рис.4.8).

Выделяющееся (или поглощаемое) в спае тепло называется теплом Пелътъе. Тепло Пельтье пропорционально силе тока /

Q=nI.

Коэффициент пропорциональности 77 называется коэффи­циентом Пельтье. Он связан с коэффициентом термо-ЭДС соотно­шением

Я= аТ,

Где Т — температура спая. Следовательно, Q = aIT.

Используя термопару «висмут-сурьма» Ленц (Россия) в 1838 году, впервые искусственно заморозил каплю воды. В настоящее время ветви термопары Пельтье изготавливают из полупро­водниковых материалов, чаще всего на основе сплавов свинца, сурьмы, висмута, теллура, селена.

Спай, нагревающийся при пропускании тока, называется горячим концом термопары, охлаждающийся - холодным концом. Материалы ветвей термопары Пельтье необходимо подбирать таким образом, чтобы на ее концах получить максимально возможную разность температур AT = Тгор - Тхол, Для увеличения теплосъема (тепла Пельтье) термопары соединяют последовательно в так называемые термобатареи.

Количество тепла, выделяющееся на горячем конце термобатареи и отводящееся в окружающую среду, равно

Qeop = ОСІ Тг

Количество тепла, поглощаемое на холодном конце термо­батареи (холодопроизводительность), определяется как

Qxon - осі Тх

Рис.4.8. Термопара Пельтье Рис.4.9. Полупроводниковая

Термопара Пельтье

Их разность

<2гор - Q хол = аІ(Тгор ТХОЛ )>0,

Так как Тгор >Тхол, следовательно Qzop > QXOJl, т. е. выделяется больше теплоты, чем поглощается (соответствие Второму закону термо­динамики)

Qaop " Огхол ~ ^

Где W - работа внешнего источника постоянного тока по пере­мещению электронов против термо-ЭДС Зеебека, возникающей в термопаре Пельтье, вследствие возникновения тока из-за разности температур на ее концах.

Термоэлектричество применяют как метод получения низких температур в радиоэлектронике, компьютерной технике и т. д. с целью локального точечного охлаждения. Максимальная произво­дительность термоэлектрических охладителей не превышает десятков ватт.