Պելտիեի էլեմենտ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից

Պելտիեի էլմենտ- ջերմաէլեկտրական փոխակերպիչ. աշխատանքի սկզբունքը հիմնվում է Պելտիեի էֆեկտի վրա, էլեկտրական հոսանքի միացման դեպքում ջերմաստիճանների տարբերություն է առաջանում: Էլեմենտն իր անունը ստացել է Ժան Պելտիեի պատվին[1]: Անգլերեն գրականությունում այն հիշատակվում է որպես TEC(անգլերենից՝ Thermoelectric Cooler-ջերմաէլեկտրական հովացուցիչ): Պելտիեի էֆեկտի հակառակ էֆեկտին՝ անվանում են Զեեբեկի էֆեկտ:

Աշխատանքի սկզբունք[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Պելտիեի էլեմենտի արտաքին տեսքը

Պելտիեի էլեմենտի աշխատանքի սկզբունքում ընկած է երկու կիսահաղորդչային նյութերի կապը տարբեր էներգետիկ մակարդակների էլեկտրոնների հետ, հաղորդականության գոտում : Երբ հոսանքը ընթանում է երկու կիսահաղորդչային նյութերի միջով, էլեկտրոնը ձեռք է բերում էներգիա, որպեսզի անցնի մյուս կիսահաղորդչի հաղորդականության ավելի բարձր էներգետիկ գոտի: Էներգիայի այդպիսի կլանումով կիսահաղորդիչների հպման մասում տեղի է ունենում սառեցում: Երբ հոսանքը ընթանում է հակառակ ուղղությամբ, կիսահաղորդիչների հպման տեղամասում տեղի է ունենում տաքացում և սովորական ջերմային ազդեցություն:

Պելտիեի էլեմենտը բաղկացած է մեկ կամ ավելի զույգ փոքր կիսահաղորդչային զուգահեռանիստերից- n-տիպի և p-տիպի զույգում(սովորաբար բիսմութ Bi2Te3 և SiGe-ի պինդ լուծույթ), որոնք մետաղական պատնեշի միջոցով կապված են իրար զույգերով: Մետաղական պատնեշը միաժամանակ ծառայում է որպես ջերմային կապ և հաղորդականություն չունեցող մեկուսացված թաղանթ կամ կերամիկական թիթեղ: Զուգահեռանիստերի զույգերը կապված են այնպես, որ կիսահաղորդիչների զույգերի հետ առաջանում է հաղորդականության տարբեր տեսակի շարունակական կապ այնպես, որ վերևում միացությունների հաջորդականությունը () է, իսկ ներքևում՝ հակառակը (): Էլեկտրական հոսանքը հետևողականորեն անցնում է բոլոր զուգահեռանիստերի միջով:

Պելտիեի էլեմենտի կառուցվածքը

Հոսանքի անցման ուղղությունից կախված վերևի կողմը սառում է, իսկ ներքևինը՝ տաքանում: Այս իմաստով Պելտիեի էլեմենտով անցնելուց հետո էլեկտրական հոսանքը դառնում է ջերմություն և ստեղծում է ջերմաստիճանների տարբերություն: Եթե տաքացող կողմը հովացնենք ռադիատորով կամ օդափոխիչով, այդ դեպքում սառը կողմի ջերմաստիճանը ավելի կնվազի: Կախված էլեմենտի տեսակից և հոսանքի մեծությունից, ջերմաստիճանների տարբերությունը կարող է հասնել մոտավորապես 70 °C:

Առավելություններ և թերություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Պելտիեի էլեմենտի առավելությունը կայանում է իր փոքր չափերում, մեխանիկական մասերի և աղմուկների, շարժվող մասերի, ինչպես նաև գազերի և հեղուկների բացակայության մեջ:

Պելտիեի էլեմենտի թերությունը սառեցման ավելի ցածր արդյունավետությունն է, քան սառեցնում է կոմպրեսորների համակարգը ֆրեոնի վրա, որը ջերմաստիճանների նկատելի տարբերության հասնելու համար բերում է ավելի մեծ էներգիայի սպառման:

Պելտիեի էլեմենտով մարտկոցում տեսականորեն հնարավոր է հասնել ավելի մեծ ջերմաստիճանային տարբերության, դրանով իսկ ավելի լավ է օգտագործել իմպուլսային ջերմաստիճանային մեթոդը, որի շնորհիվ էլ կարելի է նվազեցնել էներգիայի սպառումը[2]:

Կիրառում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Պելտիեի էլեմենտները կիրառվում է այն իրավիճակներում, որտեղ դա անհրաժեշտ է հովացման փոքր ջերմաստիճանի տարբերության համար կամ սառեցման էներգետիկ արդյունավետությունը կարևոր չէ: Օրինակ, Պելտիեի էլեմետնը օգտագործում են Պոլիմերազային շղթայական ռեակցիայի ամպլիֆիկացիայի մեջ, ավտոմեքենաների փոքր սառնարաններում, քանի որ այս դեպքում կոմպրեսորների օգտագործումը անհնար է չափերի պատճառով, բացի այդ հովացման պահանջվող հզորությունը փոքր է:

Պելտիեի էլեմենտները օգտագործում են թվային ֆոտոխցիկներում լիցքավորման հետ կապված սարքերի հովացման համար: Ինչպես նաև Պելտիեի էլեմետնը հաճախ օգտագործում են դիոդային լազերներում՝ հովացման և ջերմակայունության համար այնպես, որ կայունացնում են ճառագայթող ալիքի երկարությունը:

Ցածր հովացման հզորության սարքերում Պելտիեի էլեմենտը հաճախ օգտագործում են ինչպես երկրորդ կամ երրորդ հովացման աստիճան: Սա թույլ է տալիս հասնել 30—40 աստիճան ավելի ցածր ջերմաստիճանի, քան սովորական հովացման կոմպրեսորների օգնությամբ:

Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  1. Seebeck scoprì il fenomeno che porta il suo nome nel 1821. Diversi anni più tardi Peltier scoprì il femomeno opposto. http://materials.usask.ca/samples/Thermoelectric-Seebeck.pdf 
  2. Батарея элементов Пельтье