펠티에 효과 냉장고. 반도체의 펠티에 효과. 냉장고용 펠티에 소자를 만드는 방법

19세기 초. 물리학과 전기공학의 황금시대. 1834년, 프랑스의 시계 제작자이자 박물학자인 장 샤를 펠티에(Jean-Charles Peltier)는 비스무스와 안티몬 전극 사이에 물 한 방울을 놓은 다음 회로를 통해 전류를 흘렸습니다. 놀랍게도 그는 물방울이 갑자기 얼어붙는 것을 보았습니다.

에 대한 열 효과도체에 흐르는 전류는 알려져 있었지만 반대 효과는 마법과 비슷했습니다. 펠티에의 감정을 이해할 수 있습니다. 열역학과 전기라는 두 가지 다른 물리학 영역의 교차점에서 나타나는 이 현상은 오늘날에도 여전히 기적적인 느낌을 불러일으킵니다.

그 당시에는 냉각 문제가 오늘날처럼 심각하지 않았습니다. 따라서 펠티에 효과는 거의 2세기 후에 전자 장치가 등장했을 때 작동에 소형 냉각 시스템이 필요한 것으로 바뀌었습니다. 위엄 펠티에 냉각 요소작은 크기, 움직이는 부품의 부재, 큰 온도차를 얻기 위한 캐스케이드 연결 가능성.

또한 펠티에 효과는 가역적입니다. 모듈을 통과하는 전류의 극성이 변경되면 냉각이 가열로 대체되므로 정확한 온도 유지를 위한 시스템(온도 조절 장치)을 쉽게 구현할 수 있습니다. 펠티에 소자(모듈)의 단점은 효율이 낮다는 것입니다. 이로 인해 눈에 띄는 온도 차이를 얻으려면 큰 전류 값을 공급해야 합니다. 냉각된 평면 반대편의 판에서 열을 제거하는 것도 어렵습니다.

하지만 가장 먼저 해야 할 일이 있습니다. 먼저 생각해 봅시다. 물리적 과정, 관찰된 현상의 원인입니다. 수학적 계산의 심연에 빠지지 않고 우리는 단순히 이 흥미로운 물리적 현상의 본질을 이해하려고 노력할 것입니다.

부터 우리 얘기 중이야온도 현상에 대해 물리학자들은 수학적 설명의 편의를 위해 물질의 원자 격자 진동을 입자로 구성된 특정 가스(포논)로 대체합니다.

포논 가스의 온도는 온도에 따라 달라집니다. 환경그리고 금속의 성질. 그러면 모든 금속은 열역학적 평형 상태에 있는 전자와 포논 가스의 혼합물입니다. 외부 장 없이 두 개의 서로 다른 금속이 접촉하면 "더 뜨거운" 전자 가스가 "더 차가운" 영역으로 침투하여 생성됩니다. 잘 알려진 접촉 전위차.

전이에 전위차를 적용할 때, 즉 전류가 두 금속의 경계를 통해 흐를 때 전자는 한 금속의 포논에서 에너지를 가져와 다른 금속의 포논 가스로 전달합니다. 극성이 바뀌면 가열과 냉각을 의미하는 에너지 전달의 부호가 바뀌게 됩니다.

반도체에서는 전자와 "정공"이 에너지 전달을 담당하지만 열 전달 메커니즘과 온도 차이의 출현은 동일하게 유지됩니다. 고에너지 전자가 고갈될 때까지 온도차는 증가합니다. 온도 평형이 발생합니다. 이것은 현대 회화설명 펠티에 효과.

그것으로부터는 분명하다 펠티에 소자의 효율한 쌍의 재료 선택, 현재 강도 및 핫존에서 열 제거 속도에 따라 달라집니다. 현대 재료(보통 반도체)의 경우 효율성은 5~8%입니다.

이제 Peltier 효과의 실제 적용에 대해 알아보겠습니다.이를 증가시키기 위해 개별 열전대(두 가지 다른 재료의 접합부)가 수십 및 수백 개의 요소로 구성된 그룹으로 조립됩니다. 이러한 모듈의 주요 목적은 작은 물체나 미세 회로를 냉각시키는 것입니다.

열전 냉각 모듈

펠티에 효과 모듈은 적외선 수신기 배열이 포함된 야간 투시 장치에 널리 사용됩니다. 오늘날 디지털 카메라에도 사용되는 CCD(전하 결합 장치 칩)는 적외선 영역에서 이미지를 기록하려면 깊은 냉각이 필요합니다. 펠티에 모듈은 망원경의 적외선 감지기, 방사 주파수를 안정화하는 레이저의 활성 요소 및 정밀 시간 시스템을 냉각합니다. 그러나 이것들은 모두 군사용 및 특수 목적 응용 분야입니다.

최근에는 펠티에 모듈이 가정용 제품에 응용되고 있습니다. 주로 자동차 기술 분야: 에어컨, 휴대용 냉장고, 워터 쿨러.

펠티에 효과의 실제 활용 사례

모듈의 가장 흥미롭고 유망한 응용은 컴퓨터 기술입니다. 고성능 마이크로프로세서, 프로세서 및 비디오 카드 칩이 강조됩니다. 큰 수열. 냉각을 위해 상당한 음향 소음을 발생시키는 고속 팬이 사용됩니다. 결합된 냉각 시스템의 일부로 펠티에 모듈을 사용하면 상당한 열 추출로 소음이 제거됩니다.

컴팩트 USB - 펠티에 모듈을 사용한 냉장고

마지막으로 논리적인 질문입니다. 펠티에 모듈이 가정용 압축 냉장고의 일반적인 냉각 시스템을 대체할까요? 오늘날 이것은 효율성(낮은 효율성)과 가격 측면에서 수익성이 없습니다. 강력한 모듈의 가격은 여전히 상당히 높습니다.

그러나 기술과 재료 과학은 가만히 있지 않습니다. 더 높은 효율성과 더 저렴한 새 재료의 출현 가능성을 제거합니다. 높은 가치펠티에 계수는 불가능합니다. 이미 오늘날 효과적인 냉각 시스템을 통해 상황을 근본적으로 변화시킬 수 있는 나노카본 소재의 놀라운 특성에 대한 연구 실험실의 보고서가 있습니다.

클라스트레이트(수화물과 구조가 유사한 고용체)의 열전 효율이 높다는 보고가 있습니다. 이러한 재료가 연구실을 떠나면 수명이 무제한인 완전히 조용한 냉장고가 일반적인 가정용 모델을 대체하게 됩니다.

추신가장 흥미로운 기능 중 하나 열전 기술그것은 단지 사용할 수 없다는 것입니다 전력더위와 추위를 얻기 위해, 그러나 그것 덕분에 우리는 그러나 반대 과정을 시작하고, 예를 들어 열로부터 전기 에너지를 얻습니다..

당신이 할 수 있는 방법의 예열전소자를 이용해 열로부터 전기를 얻는다() 이것 좀 봐동영상:

이것에 대해 어떻게 생각하세요? 여러분의 의견을 기다리겠습니다!

안드레이 포브니

펠티에 효과는 전류가 회로를 통해 전달될 때 서로 다른 도체의 접점에서 줄 열 외에도 펠티에 열이 방출되거나 흡수되는 것입니다. 펠티에 열량 큐피요금에 비례 그것, 접촉을 통해 전달됨

어디 피– 펠티에 계수.

전류의 방향을 바꾸면 콜드 접점과 핫 접점이 바뀌게 됩니다.

Peltier 효과와 Seebeck 효과 사이에는 직접적인 연결이 있습니다. 온도 차이로 인해 서로 다른 도체로 구성된 회로에 전류가 발생하고 이러한 회로를 통과하는 전류가 접점 사이에 온도 차이를 생성합니다. 이 관계는 Thomson 방정식으로 표현됩니다.

펠티에 효과의 메커니즘은 금속-n-반도체-금속 회로를 사용하여 가장 간단하고 명확하게 설명할 수 있습니다. 핀은 어디에 있나요? 중립적. 이 경우 금속과 반도체의 일함수는 동일하며 밴드 벤드와 공핍층 또는 농축층이 없습니다. 평형 상태에서 금속과 반도체의 페르미 준위는 같은 높이에 위치하며, 전도대의 아래쪽은 금속의 페르미 준위 위에 위치하므로, 금속에서 반도체로 전자가 이동하는 경우 잠재적인 높이 장벽입니다. E fp(그림 7.12, 에이).

에이) 비)

쌀. 7.12. 에너지 회로도 금속-n-반도체 – 금속:

에이– 평형 상태; 비– 전류의 통과.

회로에 전위차를 적용해 보겠습니다. 유(그림 7.12, 비). 이 전위차는 주로 저항이 높은 영역, 즉 반도체에서는 레벨 높이가 지속적으로 변화합니다. 오른쪽에서 왼쪽으로 향하는 전자의 흐름이 회로에 나타납니다.

올바른 접촉을 통과할 때 전자 에너지의 증가가 필요합니다. 이 에너지는 전자로 전달됩니다. 결정 격자산란 과정의 결과로 이 영역에서 격자의 열 진동이 감소합니다. 열흡수에. 왼쪽 접촉에서는 반대 과정이 발생합니다. 즉 전자에 의한 초과 에너지 전달입니다. E pf결정 격자.

평형 전하 캐리어는 경계면을 통과한 후 비평형으로 판명되고 결정 격자와 에너지를 교환한 후에만 평형이 된다는 점에 유의해야 합니다.

이러한 고려 사항을 바탕으로 펠티에 계수를 추정해 보겠습니다. 금속의 전도성은 페르미 준위 근처에 위치한 전자와 관련되며, 평균 에너지는 페르미 에너지와 거의 같습니다. 비축퇴 반도체에서 전도 전자의 평균 에너지

어디 아르 자형– 지수에 따라 다름 λ ~어.

따라서 접점을 통과하는 각 전자는 다음과 같은 에너지를 얻거나 잃습니다.

이 에너지를 전자 전하로 나누면 펠티에 계수를 얻습니다.

또는 (7.80)과 (7.73)을 고려하여

금속-p-반도체 접촉에 대해서도 유사한 관계를 얻을 수 있습니다.

여기 NC그리고 NV– 전도대와 원자가대에서 상태의 유효 밀도(5.3절).

금속 간 접촉의 경우 펠티에 계수는 (7.79)를 사용하여 결정할 수 있습니다.

피 12 =(α 1 -α 2)티, (7.85)

또는 α에 대한 표현을 고려하면

어디 에프 1과 에프 2 – 금속의 페르미 준위.

효과 발생 메커니즘을 분석하면 금속-금속 접촉의 펠티에 계수가 금속-반도체 접촉의 경우보다 훨씬 작은 것으로 나타났습니다(문단 7.1, 7.2 참조).

이와 반대로 이종 반도체 간의 접촉에서는 Peltier 계수가 상당히 높은 것으로 나타났는데, 이는 p-n 접합 경계의 전위 장벽이 높기 때문입니다. 또한 이러한 회로에서 전환 중 하나는 순방향으로 연결되고 두 번째는 역방향으로 연결됩니다. 첫 번째 경우에는 우선합니다. 재조합전자-정공 쌍과 추가 열 방출, 그리고 두 번째에는 세대증기 및 그에 따라 동일한 양의 열을 흡수합니다.

전류가 흐르는 동안 접점의 냉각 효과는 전자 장비 냉각용 열전 냉장고 및 열 안정 장치를 만들 수 있기 때문에 실질적으로 매우 중요합니다. 지원 요소장비. 생물학 및 의학에 사용되는 다양한 냉각 랙도 생산됩니다.

기능성 열 전자 장치에서 이 효과는 정보 매체인 열 펄스를 생성하는 데 사용됩니다.

냉동 장비는 우리 삶에 너무나 확고하게 자리 잡았기 때문에 냉동 장비 없이는 어떻게 살 수 있을지 상상조차 하기 어렵습니다. 그러나 기존의 냉매 디자인은 여행용 쿨러백과 같은 이동용으로는 적합하지 않습니다.

이를 위해 작동 원리가 펠티에 효과에 기초한 설비가 사용됩니다. 이 현상에 대해 간단히 이야기해 보겠습니다.

그것은 무엇입니까?

이 용어는 1834년 프랑스 박물학자 장 샤를 펠티에(Jean-Charles Peltier)가 발견한 열전 현상을 가리킨다. 효과의 본질은 전류가 통과하는 서로 다른 도체가 접촉하는 영역에서 열의 방출 또는 흡수입니다.

고전 이론에 따르면 이 현상에 대해 다음과 같은 설명이 있습니다. 전류는 금속 간에 전자를 전달하며, 이는 서로 다른 재료로 만들어진 도체의 접촉 전위차에 따라 전자의 움직임을 가속화하거나 느리게 할 수 있습니다. 따라서 운동에너지가 증가하면 열에너지로 변환됩니다.

두 번째 도체에서는 물리학의 기본 법칙에 따라 에너지 보충이 필요한 역과정이 관찰됩니다. 이는 열 진동으로 인해 발생하며, 이로 인해 두 번째 도체가 냉각되는 금속이 발생합니다.

현대 기술을 통해 최대 열전 효과를 갖는 반도체 소자 모듈을 생산할 수 있습니다. 그들의 디자인에 대해 간략하게 이야기하는 것이 합리적입니다.

설계 및 작동 원리

최신 모듈은 두 개의 절연판(보통 세라믹)과 그 사이에 직렬로 연결된 열전쌍으로 구성된 구조입니다. 이러한 요소의 단순화된 다이어그램은 아래 그림에서 찾을 수 있습니다.

명칭:

A - 전원 연결용 접점
B – 요소의 뜨거운 표면;
C – 차가운 쪽;
D – 구리 도체;
E – p-접합 기반 반도체;
F – n형 반도체.

모듈의 각 측면이 p-n 또는 접촉되도록 설계되었습니다. n-p 전환(극성에 따라 다름). 연락처 p-n가열, n-p – 냉각(그림 3 참조). 이에 따라 소자 측면에 온도차(DT)가 발생하게 됩니다. 관찰자에게 이 효과는 모듈 측면 사이의 열 에너지 전달처럼 보입니다. 공급 극성을 변경하면 뜨겁고 차가운 표면이 변경된다는 점은 주목할 만합니다.

쌀. 3. A – 열전소자의 뜨거운 쪽, B – 차가운 쪽

명세서

열전 모듈의 특성은 다음 매개변수로 설명됩니다.

냉각 용량(Q max), 이 특성은 최대 허용 전류와 모듈 측면 사이의 온도 차이(와트 단위로 측정)를 기준으로 결정됩니다.
요소 측면 사이의 최대 온도 차이(DT max), 매개변수는 이상적인 조건에 대해 제공되며 측정 단위는 도입니다.
최대 온도차를 보장하는 데 필요한 허용 전류 – I max;
전류 Imax가 피크 차이 DTmax에 도달하는 데 필요한 최대 전압 Umax;
모듈의 내부 저항 – 저항(Ω)으로 표시됩니다.
효율 계수 - COP(영어 약어 - 성능 계수)는 본질적으로 장치의 효율로 전력 소비에 대한 냉각 비율을 나타냅니다. 저렴한 요소의 경우 이 매개변수는 0.3-0.35 범위에 있고, 더 비싼 모델의 경우 0.5에 접근합니다.

마킹

그림 4의 예를 사용하여 일반적인 모듈 표시가 어떻게 해독되는지 살펴보겠습니다.

그림 4. TEC1-12706으로 표시된 펠티에 모듈

표시는 세 가지 의미 있는 그룹으로 나뉩니다.

요소 지정. 처음 두 글자는 항상 변하지 않으며(TE) 이는 열전소자임을 나타냅니다. 다음은 크기를 나타내며 "C"(표준) 및 "S"(소형) 문자가 있을 수 있습니다. 마지막 숫자는 요소에 있는 레이어(계단식) 수를 나타냅니다.
사진에 표시된 모듈의 열전대 수는 127입니다.
정격 전류는 암페어 단위이며 우리의 경우 6A입니다.

TEC1 시리즈의 다른 모델 표시도 같은 방식으로 읽습니다(예: 12703, 12705, 12710 등).

애플리케이션

열전소자는 효율성이 다소 낮음에도 불구하고 측정, 컴퓨팅, 가전제품에 널리 사용됩니다. 모듈은 다음 장치의 중요한 작동 요소입니다.

이동식 냉동 장치;
전기를 생산하는 소형 발전기;
개인용 컴퓨터의 냉각 시스템;
물을 냉각하고 가열하는 냉각기;
제습기 등

열전 모듈의 사용에 대한 자세한 예를 들어 보겠습니다.

펠티에 소자를 이용한 냉장고

열전 냉동 장치는 압축기 및 흡수 장치에 비해 성능이 현저히 떨어집니다. 그러나 특정 조건에서는 사용이 권장되는 상당한 이점이 있습니다. 이러한 이점은 다음과 같습니다.

디자인의 단순성;
진동 저항;
움직이는 요소가 없습니다 (라디에이터를 부는 팬 제외).
낮은 소음 수준;
작은 크기;
어떤 위치에서든 일할 수 있는 능력;
긴 서비스 수명;
낮은 에너지 소비.

이러한 특성은 모바일 설치에 이상적입니다.

발전기로서의 펠티에 소자

열전 모듈은 한쪽 면이 강제 가열되면 발전기로 작동할 수 있습니다. 측면 사이의 온도 차이가 클수록 소스에서 생성되는 전류가 높아집니다. 불행하게도 열 발생기의 최대 온도는 제한되어 있으며 모듈에 사용되는 납땜의 녹는점보다 높을 수 없습니다. 이 조건을 위반하면 요소가 고장납니다.

열 발생기의 대량 생산에는 내화 납땜이 포함된 특수 모듈이 사용되며, 300°C의 온도까지 가열할 수 있습니다. 예를 들어 TEC1 12715와 같은 일반 요소에서는 한계가 150도입니다.

이러한 장치는 효율이 낮기 때문에 보다 효율적인 전기 에너지원을 사용할 수 없는 경우에만 사용됩니다. 그러나 관광객, 지질학자 및 외딴 지역 거주자 사이에서는 5-10W 열 발생기가 수요가 있습니다. 고온 연료로 구동되는 크고 강력한 고정 설비는 가스 분배 장치, 기상 관측소 장비 등에 전력을 공급하는 데 사용됩니다.

프로세서를 식히려면

비교적 최근에 이러한 모듈은 개인용 컴퓨터의 CPU 냉각 시스템에 사용되기 시작했습니다. 치고는 낮은 효율성열전소자, 그러한 구조의 이점은 다소 의심스럽습니다. 예를 들어, 100-170W 열원을 냉각하려면(대부분의 경우에 적합함) 현대 모델 CPU)의 경우 400-680W를 소비해야 하며 이를 위해서는 강력한 전원 공급 장치를 설치해야 합니다.

두 번째 함정은 언로드된 프로세서가 더 적은 열 에너지를 방출하므로 모듈이 이슬점 이하로 냉각할 수 있다는 것입니다. 결과적으로 응결이 발생하기 시작하여 전자 장치가 손상될 수 있습니다.

이러한 시스템을 스스로 만들기로 결정한 사람들은 특정 프로세서 모델에 대한 모듈의 성능을 선택하기 위해 일련의 계산을 수행해야 합니다.

위의 내용을 토대로 이러한 모듈을 CPU 냉각 시스템으로 사용하는 것은 비용 효율적이지 않으며 컴퓨터 장비의 고장을 일으킬 수도 있습니다.

열 모듈이 수냉 또는 공냉과 함께 사용되는 하이브리드 장치의 경우 상황은 완전히 다릅니다.

하이브리드 냉각 시스템은 그 효과가 입증되었지만 높은 비용으로 인해 팬의 범위가 제한됩니다.

펠티에 소자 기반 에어컨

이론적으로 이러한 장치는 기존의 실내 온도 조절 시스템보다 구조적으로 훨씬 단순하지만 성능은 모두 낮습니다. 소량의 냉장고를 식히는 것과 방이나 자동차 내부를 식히는 것은 또 다른 일입니다. 열전 모듈을 사용하는 에어컨은 냉매를 사용하는 장비보다 더 많은 전력(3~4배)을 소비합니다.

자동차 온도 조절 시스템으로 사용하는 경우 표준 발전기의 전력으로는 이러한 장치를 작동하기에 충분하지 않습니다. 보다 효율적인 장비로 교체하면 상당한 연료 소비가 발생하므로 비용 효율적이지 않습니다.

주제별 포럼에서는 이 주제에 대한 토론이 주기적으로 발생하고 다양한 집에서 만든 디자인이 고려되지만 본격적인 작업 프로토타입은 아직 생성되지 않았습니다(햄스터용 에어컨은 제외). 보다 수용 가능한 효율성을 갖춘 모듈이 널리 보급되면 상황이 바뀔 가능성이 높습니다.

냉각수용

열전소자는 수냉식 냉각기의 냉각수로 자주 사용됩니다. 설계에는 냉각 모듈, 온도 조절 장치로 제어되는 컨트롤러 및 히터가 포함됩니다. 이 구현은 압축기 회로보다 훨씬 간단하고 저렴할 뿐만 아니라 더 안정적이고 작동하기 쉽습니다. 그러나 다음과 같은 단점도 있습니다.

물은 10-12°C 이하로 냉각되지 않습니다.
냉각은 압축기보다 시간이 오래 걸리므로 이러한 냉각기는 다음과 같은 사무실에 적합하지 않습니다. 많은 수노동자;
장치는 외부 온도에 민감합니다. 따뜻한 방에서는 물이 최저 온도까지 냉각되지 않습니다.
팬이 막히거나 냉각 모듈이 고장날 수 있으므로 먼지가 많은 공간에 설치하는 것은 권장되지 않습니다.

펠티에 소자를 사용한 탁상형 정수기

펠티에 소자 기반의 공기 건조기

에어컨과 달리 열전소자를 이용한 제습기 구현은 충분히 가능하다. 디자인이 상당히 심플하고 가격도 저렴합니다. 냉각 모듈은 라디에이터의 온도를 이슬점 아래로 낮추어 결과적으로 장치를 통과하는 공기에 포함된 습기가 침전됩니다. 침전된 물은 특수 저장탱크로 배출됩니다.

낮은 효율성에도 불구하고 이 경우 장치의 효율성은 매우 만족스럽습니다.

연결하는 방법?

모듈을 연결하는 데 문제가 없습니다. 출력 와이어에 일정한 전압을 적용해야 하며 해당 값은 요소의 데이터 시트에 표시되어 있습니다. 빨간색 선은 양극에, 검은색 선은 음극에 연결해야 합니다. 주목! 극성을 바꾸면 냉각된 표면과 가열된 표면의 위치가 바뀐다.

Peltier 요소의 기능을 확인하는 방법은 무엇입니까?

가장 간단하고 신뢰할 수 있는 방법은 촉각입니다. 모듈을 적절한 전압 소스에 연결하고 다른 측면을 만져야 합니다. 작동 요소의 경우 그 중 하나는 더 따뜻하고 다른 하나는 더 차갑습니다.

적절한 소스가 없다면 멀티미터와 라이터가 필요합니다. 확인 과정은 매우 간단합니다.

프로브를 모듈 단자에 연결합니다.
불이 켜진 라이터를 한쪽으로 가져오세요.
우리는 장치의 판독 값을 관찰합니다.

작업 모듈에서는 측면 중 하나가 가열되면 전류가 생성되어 장치 디스플레이에 표시됩니다.

자신의 손으로 펠티에 요소를 만드는 방법은 무엇입니까?

집에서 직접 모듈을 만드는 것은 거의 불가능합니다. 특히 상대적으로 저렴한 비용(약 $4-$10)을 고려하면 그렇게 할 필요가 없기 때문입니다. 그러나 열전 발전기와 같이 하이킹에 유용한 장치를 조립할 수 있습니다.

전압을 안정화하려면 L6920 IC 칩에 간단한 변환기를 조립해야 합니다.

이러한 변환기의 입력에는 0.8-5.5V 범위의 전압이 공급되며 출력에서는 대부분의 모바일 장치를 재충전하기에 충분한 안정적인 5V를 생성합니다. 기존 펠티에 소자를 사용하는 경우 가열측의 작동 온도 범위를 150°C로 제한해야 합니다. 추적의 번거로움을 피하려면 끓는 물이 담긴 냄비를 열원으로 사용하는 것이 좋습니다. 이 경우 요소는 100°C 이상으로 가열되지 않는 것이 보장됩니다.

펠티에 효과 펠티에 효과

전류가 서로 다른 두 도체의 접촉(접합)을 통과할 때 열이 방출되거나 흡수됩니다. 열량은 전류의 세기에 비례합니다. 냉동 장치에 사용됩니다. J. Peltier가 1834년에 개업했습니다.

펠티에 효과

PELTIER EFFECT, 열전 현상용 (cm.열전기 현상), 전류가 서로 다른 두 도체의 접촉(접합)을 통과할 때 열이 방출되거나 흡수되는 것으로 구성됩니다. 펠티에 효과는 제벡 효과의 반대입니다. (cm.제벡 효과).
J. Pelletier가 1834년에 발견했습니다. (cm.펠티에 장 샤를 아타나즈), 그는 전류가 서로 다른 두 도체의 접합을 통과할 때 접합의 온도가 변한다는 것을 발견했습니다. 1838년 E. H. 렌츠 (cm.렌츠 에밀리 크리스티아노비치)충분히 높은 전류의 경우 전류의 방향을 변경하여 접합부에 적용된 물 한 방울을 얼리거나 끓이는 것이 가능하다는 것을 보여주었습니다.
펠티에 효과의 본질은 전류가 접촉 영역에 있는 두 금속 또는 반도체의 접촉을 통과할 때 일반적인 줄 열 외에도 펠티에라고 불리는 추가 열이 방출되거나 흡수된다는 것입니다. 열 Q p. 제곱 전류 강도에 비례하는 줄 열과 달리 Q p 값은 전류의 1승에 비례합니다.
Qp = P.I. 티.
t - 현재 통과 시간,
나 - 현재의 힘.
P는 접점을 형성하는 재료의 특성에 따라 달라지는 비례 계수인 펠티에 계수입니다. 이론적 아이디어전도전자의 미시적 특성을 통해 펠티에 계수를 표현하는 것이 가능해졌습니다.
펠티에 계수 P = T Da, 여기서 T - 절대온도, Da는 도체의 열전 계수의 차이입니다. 전류의 방향에 따라 펠티에 열의 방출 또는 흡수 여부가 결정됩니다.
그 효과가 나타나는 이유는 금속이나 반도체 사이의 접촉의 경우 경계부에서 내부 접촉전위차가 발생하기 때문이다. 이는 다음과 같은 사실로 이어진다. 잠재력전류 캐리어의 평균 에너지는 에너지 스펙트럼, 농도 및 산란 메커니즘에 따라 달라지며 도체마다 다르기 때문에 접점 양쪽의 캐리어가 달라집니다. 전류 전달에 관여하는 전자의 평균 에너지는 도체마다 다르기 때문에 격자 이온과 충돌하는 과정에서 캐리어는 격자에 과도한 운동 에너지를 포기하고 열이 방출됩니다. 접점을 통과할 때 캐리어의 위치 에너지가 감소하면 운동에너지격자 이온과 충돌하는 전자는 에너지를 평균값으로 증가시키는 반면 펠티에 열은 흡수됩니다. 따라서 전자가 접점을 통과할 때 전자는 과도한 에너지를 원자에 전달하거나 비용을 들여 보충합니다.
반도체에서 금속으로 전자가 전이되는 동안 반도체의 전도 전자의 에너지는 페르미 준위보다 훨씬 높습니다(페르미 에너지 참조). (cm.페르미 에너지)) 금속과 전자는 초과 에너지를 포기합니다. 펠티에 효과는 냉동 장치의 마이크로 냉장고 생성을 포함하여 냉각 및 가열 반도체 장치를 만드는 데 사용되는 반도체에서 특히 강력합니다.

백과사전. 2009 .

다른 사전에 "펠티에 효과"가 무엇인지 확인하십시오.

전기가 통하는 동안 열이 방출되거나 흡수됩니다. 현재 나는 서로 다른 두 사람의 접촉을 통해. 지휘자. 전류의 방향이 바뀌면 열 방출이 흡수로 대체됩니다. 프랑스어 오픈 1834년 물리학자 J. 펠티에. 열의 양은… 물리적 백과사전

펠티에 효과는 서로 다른 두 도체의 접촉을 통해 전류가 흐를 때 열을 방출하거나 흡수하는 과정입니다. 발생하는 열의 양과 그 부호는 접촉하는 물질의 유형, 전류 강도 및 이동 시간에 따라 달라집니다... ... Wikipedia

전류가 서로 다른 두 도체의 접촉(접합)을 통과할 때 열이 방출되거나 흡수됩니다. 열량은 전류의 세기에 비례합니다. 냉동 장치에 사용됩니다. J. Pelletier가 1834년에 개업했습니다. 큰 백과사전

전류가 두 개의 서로 다른 도체의 접촉(접합)을 통과할 때 열이 방출되거나 흡수됩니다. 전류의 방향이 바뀌면 열 방출이 흡수로 대체됩니다. 1834년 J. Peltier가 발견했습니다. 할당된 금액 또는 ... 위대한 소련 백과사전

펠티에 효과는 서로 다른 두 도체의 접촉점(접합점)에 전류가 흐를 때 열이 방출되거나 흡수되는 열전 현상입니다. 발생하는 열량과 그 부호는 유형에 따라 다릅니다. ... Wikipedia

AT-11 그룹의 학생이 수행함

무카를랴모프 일다르

펠티에 효과

입력: 전류.

출력 : 열량, 온도.

본질

서로 다른 도체로 구성된 회로에 직류 전류가 흐르면 전류의 방향에 따라 도체의 접점(접합부)에서 열이 흡수되거나 방출됩니다. 층에서 방출되거나 흡수되는 펠티에 열은 접합부를 통과하는 총 전하 또는 전류와 시간의 곱에 비례합니다. 펠티에 계수는 접촉 도체의 유형과 온도에 따라 달라집니다.

아르 자형또는 N) (그림 참조). 펠티에 효과에 대한 설명은 pn 접합의 접촉 전위에서 속도가 느려지거나 가속되는 전도 전자와 반도체 어레이 원자의 열 진동의 상호 작용에 있습니다. 결과적으로 전자의 이동 방향과 그에 따른 전류에 따라 가열() 또는 냉각이 발생합니다. (티 와 함께 ) 접합에 바로 인접한 반도체 부분 (피-N 또는 n-p 접합).

수학적 설명

어디 - 펠티에 열, J

P – 펠티에 계수;

큐– 접점을 통과하는 전하, C;

나- 도체의 전류, A;

티– 시간, s.

전류의 방향이 바뀌면 펠티에 열의 부호가 변합니다. 매개변수 변경 제한:

최대 1V – 반도체;

나– 최대 수 암페어;

큐– 0 ~ 50 J (1초 이내)

펠티에 계수는 톰슨 계수로 표현될 수 있습니다.

q 티,

어디
톰슨;

애플리케이션

펠티에 모듈은 전류가 통과할 때 열 펌프 역할을 한다는 점에서 주목할 만합니다. 한쪽에서 다른쪽으로 열을 펌핑하여 적극적으로 사용됩니다. 다양한 시스템냉각은 음료수 냉장고부터 고출력 반도체 레이저 및 다양한 칩용 냉각 시스템까지, 특히 발열체에서 열을 추출하는 과정의 속도를 높여야 하는 경우에 사용됩니다. 반도체에서 펠티에 효과를 실제로 사용하는 주요 분야는 열전 냉각 장치를 만들기 위한 냉각, 가열 목적의 가열, 온도 조절, 일정한 온도 조건에서 결정화 공정 제어입니다.

광전자 증배관(PMT)의 신호 대 잡음비를 높이기 위해 PMT의 진공 쉘 내부에 위치한 열전 소자로 광전 음극을 냉각하는 방법이 제안되었습니다(미국 특허 3757151).

응축수 배출구가 냉장고와 일체형으로 구성된 가스 샘플링 장치입니다. 펠티에 소자의 냉접점은 속이 빈 원뿔 내부에 고정되어 있으며 측정 가스 샘플링을 위해 파이프라인이 여기서 분기됩니다. 냉장고는 열전소자 배터리가 펠티에 소자에 의해 소비되는 전류 생성기로 제공된다는 점에서 구별됩니다. 열접점은 연도가스 채널에 있고 냉접점은 외부 공간에 있습니다(적용 1297U02 독일). ).

장치 이미지