ичний холодильник, дія якого заснована на ефекті Пельтьє. Даний ефект названий на честь французького годинникаря Пельтьє (1785-1845), який зробив своє відкриття більше півтора століть тому - в 1834 р. В експериментах Пельтьє було встановлено, що при проходженні електричного струму через контакт двох провідників, зроблених з різних матеріалів, крім традиційного джоулева тепла, виділяється або поглинається (залежно від напрямку струму) додаткове тепло. Кількість виділеної або поглинається теплоти пропорційно силі струму. Це явище було названо явищем Пельтьє, а додаткове тепло отримало назву тепла Пельтьє. Ступінь прояву даного ефекту значною мірою залежить від матеріалів вибраних провідників і використовуваних електричних режимів. Описаний ефект за своєю суттю обернений раніше відкритого явищу Зеєбека, спостережуваному в замкнутому електричному ланцюзі, складається з різнорідних металів або напівпровідників. Якщо температури в місцях контактів металів або напівпровідників різняться, то в ланцюзі з'являється електричний струм. Це явище термоелектричного струму і було відкрито в 1821 р. німецьким фізиком Зєєбеком (1770-1831). Класична теорія пояснює явище Пельтьє тим, що електрони, що переносяться струмом з одного металу в іншій, прискорюються або сповільнюються під дією внутрішньої контактної різниці потенціалів між металами. У першому випадку кінетична енергія електронів збільшується і виділяється у вигляді тепла. У другому випадку кінетична енергія електронів зменшується, і цей спад енергії поповнюється за рахунок теплових коливань атомів другого провідника, в результаті чого відбувається охолодження. Більш повна теорія враховує зміна не потенційної енергії при перенесенні електрона з одного металу в іншій, а повної енергії. Ефект Пельтьє, як і багато термоелектричні явища, особливо сильно виражений в ланцюгах, складених з напівпровідників з електронною (n-тип) і доречнийпровідністю (P-тип). Такі напівпровідники, як відомо, називаються відповідно напівпровідниками n-і p-типу. Розглянемо термоелектричні процеси, відбуваються при контакті таких напівпровідників. Припустимо, напрямок електричного поля таке, що електрони в електронному і дірки в дірковому напівпровіднику будуть рухатися назустріч один одному. Електрон з вільної зони напівпровідника n-типу після проходження через кордон розділу потрапляє в заповнену зону напівпровідника p-типу і там рекомбінує з діркою. У результаті рекомбінації вивільняється енергія, яка виділяється в контакті у вигляді тепла (малюнок 2). <В
Малюнок 2. Виділення тепла Пельтьє в контакті
напівпровідників n-і p-типу.
При зміні напрямку електричного поля на протилежне електрони і дірки в напівпровідниках відповідного типу будуть рухатися в протилежні сторони. Дірки, що йдуть від межі розділу, будуть поповнюватися в результаті утворення нових пар при переходах електронів із заповненої зони напівпровідника p-типу в вільну. На освіту таких пар потрібна енергія, яка поставляється тепловими коливаннями атомів решітки. Електрони і дірки, що утворюються при народженні таких пар, захоплюються електричним полем в протилежні сторони. Тому поки через контакт йде струм, безперервно відбувається народження нових пар, і в результаті в контакті поглинається тепло (малюнок 3). <В
Малюнок 3. Поглинання тепла Пельтьє в контакті
напівпровідників n-і p-типу.
В
3.1.2 Модулі Пельтьє
Об'єднання великої кількості пар напівпровідників p-і n-типу дозволяє створювати охолоджуючі елементи - термоелектричні модулі, або, як їх ще називають, модулі Пельтьє, порівняно великої потужності. Структура напівпровідникового термоелектричного модуля Пельтьє представлена ​​на Малюнку 4. <В
Малюнок 4. Використання напівпровідників p-і n-типу в термоелектричних модулях.
Модуль Пельтьє - це термоелектричний холодильник, що складається з послідовно з'єднаних напівпровідників p-і n-типу, що утворюють pn-і np-переходи. Кожен з таких переходів має тепловий контакт з одним з двох радіаторів. В результаті проходження електричного струму певної полярності утворюється перепад температур між радіаторами модуля Пельтье: один радіатор працює як холодильник, інший нагрівається і служить для відведення тепла. Поміщений холодної стороною на поверхню захищається ним термоелектричний модуль, заснований на ефекті Пельтьє, по суті виступає як тепловий насос, перекачуючи тепло від цього об'єкта на гарячу сторону модуля, охлаждаемую повітряним або водяним кулером. Як будь тепловий насос, він описується формулами термодинаміки. Тому модулі Пельтьє можна назвати не тільки термоелектричними, а й термодинамічними модулями. На малюнку 5 представлений зовнішній вигляд типового напівпровідникового термоелектричного модуля Пельтье. <В
Малюнок 5. Напівпровідниковий термоелектричний модуль Пельтьє.
Типовий модуль забезпечує з...
