их речовин, сили струму і часу його проходження, тому Qп може бути виражене ще однією формулою: В
dQ п = П12ЧIЧdt.
Тут П12 = П1-П2 - коефіцієнт Пельтьє для даного контакту, пов'язаний з абсолютними коефіцієнтами Пельтьє П1 і П2 контактуючих матеріалів. При цьому вважається, що струм йде від першого зразка до другого. При виділенні тепла Пельтьє маємо: Qп> 0, П12> 0, П1> П2.
При поглинанні тепла Пельтьє воно вважається негативним і відповідно: Qп <0, П12 <0, П1 <П2. Очевидно, що П12 =-П21. p> Розмірність коефіцієнта Пельтьє [П] СИ = Дж/Кл = В.
Класична теорія пояснює явище Пельтьє тим, що при переносі електронів струмом з одного металу в інший, вони прискорюються або сповільнюються внутрішньої контактної різницею потенціалів між металами. У разі прискорення кінетична енергія електронів збільшується, а потім виділяється у вигляді тепла. У зворотному випадку кінетична енергія зменшується, і енергія поповнюється за рахунок енергії теплових коливань атомів другого провідника, таким чином він починає охолоджуватися. При більш повному розгляді враховується зміна не тільки потенційної, але і повної енергії.
На рис. 1.2. і рис. 1.3. зображена замкнута ланцюг, складена з двох різних напівпровідників ПП1 і ПП2 з контактами А і В.
В
Рис. 1.2 - Виділення тепла Пельтьє (контакт А)
В
Рис. 1.3 - Поглинання тепла Пельтьє (контакт А)
Таку ланцюг, прийнято називати термоелементом, а її гілки - термоелектродов. Через ланцюг тече струм I, створений зовнішнім джерелом e. Рис. 1.2. ілюструє ситуацію, коли на контакті А (струм тече від ПП1 до ПП2) відбувається виділення тепла Пельтьє Qп (А)> 0, а на контакті В (струм направлений від ПП2 до ПП1) його поглинання - Qп (В) <0. У результаті відбувається зміна температур спаїв: ТА> ТБ. p> На рис. 1.3. зміна знака джерела змінює напрямок струму на протилежне: від ПП2 до ПП1 на контакті А і від ПП1 до ПП2 на контакті В. Відповідно змінюється знак тепла Пельтьє і співвідношення між температурами контактів: Qп (А) <0, ТА <ТБ.
Причина виникнення ефекту Пельтьє на контакті напівпровідників з однаковим видом носіїв струму (Два напівпровідника n-типу або два напівпровідника p-типу) така ж, як і в випадку контакту двох металевих провідників. Носії струму (електрони або дірки) по різні сторони спаю мають різну середню енергію, яка залежить від багатьох причин: енергетичного спектру, концентрації, механізму розсіяння носіїв заряду. Якщо носії, пройшовши через спай, потрапляють в область з меншою енергією, вони передають надлишок енергії кристалічній решітці, в внаслідок чого поблизу контакту відбувається виділення теплоти Пельтьє (Qп> 0) і температура контакту підвищується. При цьому на іншому спае носії, переходячи в область з більшою енергією, запозичують відсутню енергію від решітки, відбувається поглинання теплоти Пельтьє (Qп <0) і зниження температури.
Ефект Пельтьє, як і всі термоелектричні явища, виражений особливо сильно в ланцюгах, складених з електронних (n - тип) і доручених (р - тип) напівпровідників. У цьому випадку ефект Пельтьє має інше пояснення. Розглянемо ситуацію, коли струм у контакті йде від діркового напівпровідника до електронного (р В® n). При цьому електрони і дірки рухаються назустріч один одному і, зустрівшись, рекомбінують. В результаті рекомбінації звільняється енергія, яка виділяється у вигляді тепла. Ця ситуація розглянута на рис. 1.4., Де зображені енергетичні зони (ec- зона провідності, ev- валентна зона) для домішкових напівпровідників з доречний і електронної провідністю.
В
Рис. 1.4 - Виділення тепла Пельтьє на контакті напівпровідників p і n-типу
На рис. 1.5. (Ec - зона провідності, ev - валентна зона) ілюструється поглинання тепла Пельтьє для випадку, коли струм йде від n до p-напівпровідника (n В® p).
В
Рис. 1.5 - Поглинання тепла Пельтьє на контакті напівпровідників p і n-типу
Тут електрони в електронному і дірки в дірковому напівпровідниках рухаються в протилежні боку, йдучи від кордону розділу. Спад носіїв струму в прикордонній області заповнюється за рахунок попарного народження електронів і дірок. На освіту таких пар потрібна енергія, яка поставляється тепловими коливаннями атомів решітки. Утворені електрони і дірки захоплюються в протилежні сторони електричним полем. Тому поки через контакт йде струм, безперервно відбувається народження нових пар. У результаті в контакті тепло буде поглинатися.
Застосування напівпровідників різних типів в термоелектричних модулях представлено на рис. 1.6. br/>В
Рис. 1.6 - Використання напівпровідникових структур в термоелектричних модулях
Така ланцюг дозволяє створювати ефективні охолоджуючі елементи.
2. ЗАСТОСУВАННЯ ЕФЕКТУ ПЕЛЬТЬЄ
В
2.1 Модулі Пельтьє
Об'єднання великої кількості пар напівпровідни...
