Teoksen teksti on julkaistu ilman kuvia ja kaavoja.
Teoksen täysi versio löytyy "Työtiedostot"-välilehdeltä PDF-muodossa
Johdanto
Peltier-ilmiö on lämpösähköinen ilmiö, jossa lämpöä vapautuu tai absorboituu, kun sähkövirta kulkee kahden erilaisen johtimen kosketuspisteessä (liitoskohdassa).
Seebeck-ilmiö on ilmiö, jossa EMF esiintyy suljetussa sähköpiirissä, joka koostuu sarjaan kytketyistä erilaisista johtimista, joiden väliset koskettimet ovat eri lämpötiloissa.
Molemmat vaikutukset löydettiin 1800-luvulla: J. Peltier vuonna 1834, ilmiön olemusta tutki muutama vuosi myöhemmin - vuonna 1838 Lenz, joka suoritti kokeen, jossa hän laittoi vesipisaran syvennykseen klo. kahden vismutti- ja antimonisauvan liitoskohta. T. I. Seebeck löysi samannimisen vaikutuksen vuonna 1821. Vuonna 1822 hän julkaisi kokeidensa tulokset artikkelissa "Kysymystä tiettyjen metallien ja malmien magneettisesta polarisaatiosta, jotka syntyvät lämpötilaerojen olosuhteissa". Preussin tiedeakatemiasta
Kiinnostuin tästä aiheesta, koska 1800-luvulla keksittyjä elementtejä käytetään edelleen tehokkaasti nykyaikaisissa laitteissa. Huolimatta siitä, että kussakin tapauksessa valitaan elementti, jolla on tarvittavat parametrit, teoria ja lähteet osoittavat, että elementit ovat keskenään vaihdettavissa. Onko tämä totta vai ei, aiomme tarkistaa tutkimuksessamme.
Ongelman muotoilu:
Molempia efektejä (Peltier-ilmiö ja Seebeck-ilmiö) käytetään laajasti nykytekniikassa ja niiden pohjalta luotujen elementtien toimintaperiaate voidaan ymmärtää osana koulun fysiikan kurssia. Näitä vaikutuksia ei kuitenkaan mainita koulun fysiikan kurssilla. Tällä työllä on soveltavan merkityksen lisäksi myös tärkeä metodologinen näkökohta, joka liittyy erilaisten tieteellisten saavutusten kuvauksen sisällyttämiseen koulukurssiin.
Tutkimushypoteesi: Suoria ja käänteisiä Peltier- ja Seebeck-efektejä käytettäessä on eroja.
Tutkimuksen tarkoitus: tunnistaa Peltier-efektin ja Seebeck-ilmiön erityispiirteet, kun niitä käytetään eteen- ja taaksepäin.
Tutkimustavoitteet:
Tutki Peltier-ilmiön ja Seebeckin ilmiön löytöhistoriaa.
Tutkia suoran ja käänteisen Peltier-ilmiön, suoran ja käänteisen Seebeck-ilmiön piirteitä.
Luo asetukset kokeen suorittamista varten.
Suorita sarja kokeita hypoteesin testaamiseksi.
Analysoi kokeen tulokset ja tee johtopäätös, vahvistuiko hypoteesi vai ei.
Tutkimuksen kohde: Peltier-elementti ja Seebeck-elementti.
Opintojen aihe: Peltier-ilmiön sekä suoran ja käänteisen Seebeck-ilmiön suoran ja käänteisen vaikutuksen piirteet.
Tutkimusmenetelmät
Tutkimuksessa käytettiin seuraavia menetelmiä:
1. Teoreettinen:
Työssä käsiteltyjen Peltierin ja Seebeckin vaikutusten löytöhistorian tietolähteiden analyysi,
Peltier- ja Seebeck-elementtien toimintaperiaatetta koskevien tietojen analysointi,
Saatujen kokeellisten tietojen analyysi.
Epätäydellinen induktio: johtopäätöksen laatiminen sellaisten tietojen perusteella, jotka eivät kata kaikkia tutkittavien kohteiden ominaisuuksia ja mahdollisia yhdistelmiä.
2. Empiirinen:
Suoritetaan sarja kokeita hypoteesin testaamiseksi.
Tätä tutkimusta sovelletaan. Tutkimuksen tulokset antavat vastauksen Peltier- ja Seebeck-elementtien vaihtokelpoisuuden tehokkuuteen.
Lähdeanalyysi
Kuvattaessa tutkittavia vaikutuksia kaikki lähteet mainitsevat, että on olemassa "Peltier-ilmiö ja sen käänteinen vaikutus, niin sanottu Seebeck-ilmiö", kun taas käänteistä Seebeck-ilmiötä ei mainita. Tässä työssä sen lisäksi, että löydämme suorat ja käänteiset Peltier-efektit ja vertaamme käänteistä Peltier-ilmiötä suoraan Seebeck-ilmiöön, testaamme käänteisen Seebeck-ilmiön olemassaoloa.
Tutkittavan asian relevanssista kertoo se, että ulkomaiset oppikirjat kiinnittävät huomiota näiden vaikutusten tutkimiseen. Ne eivät ainoastaan kuvaile tarkasteltavia vaikutuksia, vaan myös selittävät niitä ja puhuvat myös niiden soveltamisesta.
Venäläisen koulutusvälinevalmistajan 3B Scientific LLC:n verkkosivusto tarjoaa laboratorioasennuksen "Seebeck Effect" arvoltaan 229 873,00 RUB. , johon on liitetty metodologinen kehitys. Tutkittuamme sitä tulimme siihen tulokseen, että tällainen koe voidaan suorittaa laitteilla, jotka eivät vaadi niin suuria kustannuksia.
Pääosassa Pelte-efekti
Peltier-ilmiö on energiansiirron lämpösähköinen ilmiö sähkövirran kulkiessa kahden erilaisen johtimen kosketuspisteessä (liitoskohdassa) johtimesta toiseen. Se on myös Seebeck-efektin käänteinen vaikutus, mutta se voi myös suorittaa sen tehtävät.
Kun toinen puoli lämmitetään ja toinen puoli jäähdytetään, tämä elementti voi tuottaa sähköä. Ja myös tällä elementillä on päinvastainen vaikutus, eli kun tämä elementti on kytketty sähköön, toinen puoli jäähtyy ja toinen lämpenee.
Peltier-ilmiön syy on seuraava. Kahden aineen kosketuksessa syntyy kontaktipotentiaaliero, joka luo sisäisen kontaktikentän. Jos sähkövirta kulkee koskettimen läpi, tämä kenttä joko helpottaa virran kulkua tai estää sen. Jos virta kulkee kosketinkenttää vasten, ulkoisen lähteen on kulutettava lisäenergiaa, joka vapautuu koskettimessa, mikä johtaa sen kuumenemiseen. Jos virta kulkee kosketuskentän suuntaan, sitä voidaan tukea tällä kentällä, joka tekee liikkuvien varausten työn. Tätä varten tarvittava energia otetaan aineesta, mikä johtaa sen jäähtymiseen kosketuskohdassa.
Seebeck-efekti
Seebeck-ilmiö on ilmiö, jossa EMF esiintyy suljetussa sähköpiirissä, joka koostuu sarjaan kytketyistä erilaisista johtimista, joiden väliset koskettimet ovat eri lämpötiloissa.
Jos johtimessa on lämpötilagradientti, niin kuumassa päässä olevat elektronit saavat suurempia energioita ja nopeuksia kuin kylmässä päässä; puolijohteissa tämän lisäksi johtavuuselektronien pitoisuus kasvaa lämpötilan myötä. Tuloksena on elektronien virta kuumasta päästä kylmään päähän. Negatiivinen varaus kerääntyy kylmään päähän ja kompensoimaton positiivinen varaus jää kuumaan päähän. Varauksen kertymisprosessi jatkuu, kunnes tuloksena oleva potentiaaliero aiheuttaa elektronien virtauksen vastakkaiseen suuntaan, joka on yhtä suuri kuin ensisijainen, minkä ansiosta tasapaino muodostuu.
Emf, jonka esiintyminen kuvataan tällä mekanismilla, on nimeltään volumetric emf.
Peltier- ja Seebeck-elementtien ominaisuudet
Näiden elementtien pääominaisuus on, että Peltier-elementillä on päinvastainen vaikutus, mutta Seebeck-elementillä ei. Ja tämä huolimatta siitä, että Peltier-elementin päinvastainen vaikutus on Seebeck-elementin vaikutus.
Tämän seurauksena Seebeck-ilmiötä on käytetty laajalti eri aloilla.
Peltier-elementti on täysin vastakohta Seebeck-efektiin perustuville laitteille. Tässä tapauksessa päinvastoin, sähkövirran vaikutuksesta muodostuu lämpötilaero rakenteen työpisteissä. Siten sähkövirran avulla lämpö siirtyy termoparista toiseen. Kun virran suunta muuttuu, lämmitetty puoli tulee päinvastaiseen tilaan.
Tämä vaikutus ilmenee kahdessa erilaisessa johtimessa, joilla on sama johtavuus. Jokaisessa niistä elektroneilla on erilainen energia-arvo ja ne sijaitsevat hyvin lähellä toisiaan. Tämän seurauksena varaukset siirtyvät yhdestä väliaineesta toiseen, ja alhaisen tason taustalla korkeamman energian omaavat elektronit luovuttavat ylimäärää kidehilalle aiheuttaen kuumenemista. Jos energiaa on puutetta, päinvastoin, se siirtyy kidehilasta, mikä johtaa liitoksen jäähtymiseen.
Peltier-efektin ja Seebeck-efektin soveltaminen
Tutkittavia vaikutuksia käytetään lämpöanturien, lämpösähköisten generaattoreiden luomiseen ja niitä käytetään myös tietokoneissa prosessorin jäähdytyksen parantamiseen.
Tällä hetkellä Seebeck-ilmiötä sovelletaan integroiduissa antureissa, joissa vastaavat materiaaliparit kerrostetaan puolijohdesubstraattien pinnalle. Esimerkki tällaisista antureista on lämpöpari lämpösäteilyn havaitsemiseksi. Koska piillä on melko suuri Seebeck-kerroin, sen perusteella valmistetaan erittäin herkkiä lämpösähköisiä ilmaisimia.
Yksi merkittävistä rajoituksista, joita syntyy käytettäessä lämpösähköistä muuntajaa, on alhainen hyötysuhde - 3-8%. Mutta jos tavallisia voimalinjoja ei ole mahdollista asentaa ja verkon kuormituksen odotetaan olevan pieni, lämpösähköisten generaattoreiden käyttö on täysin perusteltua. Itse asiassa Seebeck-efektillä toimivia laitteita voidaan käyttää monilla eri aloilla:
1. Energiahuolto avaruusteknologiaan;
2. Kaasu- ja öljylaitteiden virtalähde;
3. Kotitalouksien generaattorit;
4. Laivojen navigointijärjestelmät;
5. Lämmitysjärjestelmät;
6. Ajoneuvon jätelämmön käyttö;
7. Aurinkoenergian muuntimet;
8. Luonnonlähteiden (esimerkiksi geotermiset vedet) tuottaman lämmön muuntimet.
Peltier-ilmiötä käytetään kahdessa tilanteessa: kun on tarpeen joko syöttää lämpöä materiaalien risteykseen tai poistaa se, mikä tehdään muuttamalla virran suuntaa. Tämä ominaisuus on löytänyt sovelluksensa laitteissa, joissa vaaditaan tarkkaa lämpötilan säätöä. Peltier-elementtejä käytetään tilanteissa, joissa jäähdytys pienellä lämpötilaerolla on tarpeen tai jäähdyttimen energiatehokkuudella ei ole merkitystä. Peltier-elementtejä käytetään esimerkiksi pienissä autojääkaapeissa, koska kompressorin käyttö on tässä tapauksessa mahdotonta rajallisten mittojen vuoksi ja lisäksi tarvittava jäähdytysteho on pieni.
Lisäksi Peltier-elementtejä käytetään digitaalikameroiden latauskytkettyjen laitteiden jäähdyttämiseen. Tästä johtuen lämpökohina vähenee huomattavasti pitkien valojen aikana (esimerkiksi astrovalokuvauksessa). Monivaiheisia Peltier-elementtejä käytetään infrapuna-antureiden säteilyvastaanottimien jäähdyttämiseen.
Peltier-elementtejä käytetään myös usein:
1. Diodilaserien jäähdytykseen ja lämpötilan säätöön säteilyn aallonpituuden stabiloimiseksi;
2. Tietotekniikassa;
3. Radiosähköisissä laitteissa;
4. Lääketieteellisissä ja farmaseuttisissa laitteissa;
5. Kodinkoneissa;
6. Ilmastointilaitteissa;
7. Termostaateissa;
8. Optisissa laitteissa;
9. Ohjata kiteytysprosessia;
10. Esilämmitykseen lämmitystarkoituksiin;
11. Juomien jäähdyttämiseen;
12. Laboratorio- ja tieteellisissä laitteissa;
13. Jääpalakoneissa;
14. Ilmastointilaitteissa;
15. tuottaa sähköä;
16. Elektronisissa vesivirtausmittareissa.
Tietenkin Peltier-jäähdytyslaitteet tuskin sopivat massakäyttöön. Ne ovat melko kalliita ja vaativat asianmukaista toimintaa. Nykyään se on pikemminkin prosessorin ylikellottajien työkalu. Jos prosessoreja on kuitenkin tarpeen jäähdyttää voimakkaasti, Peltier-jäähdyttimet ovat tehokkaimpia laitteita.
On raportoitu kokeiluja miniatyyri Peltier-moduulien upottamisesta suoraan prosessorisiruihin niiden kriittisimpien rakenteiden jäähdyttämiseksi. Tämä ratkaisu edistää parempaa jäähdytystä vähentämällä lämpövastusta ja voi merkittävästi lisätä prosessorien toimintataajuutta ja suorituskykyä.
Monet tutkimuslaboratoriot tekevät työtä järjestelmien parantamiseksi elektronisten elementtien optimaalisten lämpötilaolosuhteiden varmistamiseksi. Peltier-termosähköisiä moduuleja käyttäviä jäähdytysjärjestelmiä pidetään erittäin lupaavina.
Kuvaus kokeellisesta asetelmasta
Kokeen suorittamista varten luotiin asetukset tarvittavien tietojen saamiseksi.
Lämmönvaihdon vähentämiseksi ympäristön kanssa on tarpeen luoda termostaatti. Kokeellisessa asennuksessa tämä saavutettiin rakentamisen aikana käytetyillä lämmöneristysmateriaaleilla, joissa muodostettiin kaksi kylpyä, jotka erotettiin toisessa tapauksessa Peltier-elementeillä, toisessa Seebeck-elementillä. Kylpyna käytettiin vedenpitäviä mehulaatikoita. Elementtien vedeneristys saatiin aikaan liimapistoolilla.
Kokeen suorittamiseksi valittiin Peltier- ja Seebeck-elementit, joilla oli samanlaiset ominaisuudet: käyttöjännite ja teho.
Lämpötilan mittausvälineinä käytettiin yleismittareita.
Jännitearvo otettiin myös yleismittarilla tai volttimittarilla.
Kokeellinen menettely
Tutkittavasta alkuaineesta riippuen joko erilämpöistä vettä kaadettiin kylpyjen eri osiin (suora Seebeck-ilmiö ja käänteinen Peltier-ilmiö) tai samanlämpöistä vettä suoran Peltier-ilmiön ja käänteisen Seebeck-ilmiön havaitsemiseksi.
Lämpötila-anturin lukemat syötettiin taulukkoon (Liite 1), jonka pohjalta muodostettiin käyrät jännitteen ja lämpötilan välillä.
Kutakin koetta suoritettiin 7-10 minuutin ajan.
Kokeilutulokset
Neljän kokeen aikana saatujen tietojen perusteella muodostettiin kaavioita
Kokeen aikana tarkkaillaan suoraa Seebeck-ilmiötä ja käänteistä Peltier-ilmiötä vastaaville elementeille, joiden jännitearvot ovat suunnilleen samat. Kuten käyrästä nähdään, elementtiin kohdistuvan jännitteen riippuvuus pintalämpötilojen erosta on samanlainen. Merkitykselliset erot johtuvat esineiden ominaisuuksien eroista.
Suoran Peltier-ilmiön ja käänteisen Seebeck-ilmiön vertailu
Käänteinen Seebeck-efekti
Kuten kaaviosta voidaan nähdä, ottaen huomioon laitteen suunnitteluominaisuuksiin liittyvät virheet (ilmoitettu ohjeissa), voimme olettaa, että lämpötila ei muuttunut kokeen aikana, mikä osoittaa, että käänteinen Seebeck-ilmiö ei ollut tallennettu.
Tämä voidaan arvioida kaaviosta lisäämällä trendiviiva
Suora Peltier-efekti
Koe vahvisti suoran Peltier-ilmiön olemassaolon: kylvyn toisessa osassa lämpötila nousi, toisessa laski.
Samanlainen johtopäätös seuraa Peltier-elementin kahden puolen lämpötilaeron muutosten analysoinnista.
Johtopäätös:
Peltier-elementillä on sekä suoria että käänteisiä vaikutuksia. Seebeck-elementtiä voidaan käyttää vain eteenpäin.
PÄÄTELMÄ
Tutkimuksen parissa tutkittiin saatavilla olevien lähteiden perusteella suoran ja käänteisen Peltier-ilmiön sekä suoran ja käänteisen Seebeck-ilmiön historiaa ja piirteitä.
Tehokkaan installaation luominen mahdollisti suunniteltujen kokeiden suorittamisen laadukkaasti esitetyn hypoteesin vahvistamiseksi.
Tutkimus paljasti Peltier-ilmiön ja Seebeck-ilmiön erityispiirteet, kun niitä käytettiin eteen- ja taaksepäin.
Oletus käänteisen Seebeck-ilmiön puuttumisesta vahvistettiin täysin. Tämän väitteen perusteella on syytä muistaa, että elementit kuten Peltier- ja Seebeck-elementit ovat tehokkaampia, kun niitä käytetään aiottuun tarkoitukseen, vaikka on mahdollista käyttää suoraa Seebeck-ilmiötä ja käänteistä Peltier-ilmiötä. Vaikka rakenteellisia yhtäläisyyksiä olisikin, tekniikan noudattamiseksi on työskenneltävä tietyllä vaikutuksella.
Peltier-ilmiön perusteellisen tutkimuksen jälkeen voidaan todeta: huolimatta siitä, että Peltier-ilmiön käyttö vaatii lisätoimenpiteitä ja tutkimusta Peltier-moduulien turvallisen ja järkevän käytön selvittämiseksi jäähdytyslaitteina, tämä ilmiö on erittäin lupaava.
LUETTELO KÄYTETTYISTÄ VIITTEET
1. Landau L.D., Lifshits E.M. Teoreettinen fysiikka: Oppikirja. käsikirja: Yliopistoille. Osassa 10. osa T. VIII. Jatkuvan median elektrodynamiikka. - 4. painos, stereot.-m.: Fizmatlit, 2000. - 656 s.
2. Narkevich I.I. Fysiikka: Oppikirja/ I.I. Narkevich, E.I. Vomljanski, S.I. Julkisesti. - Mn.: Uusi tieto, 2004. - 680 s.
3. Rowell G., Herbert S. Fysiikka / Käännös. englannista muokannut V.G. Razumovski. - M.: Koulutus, 1994. - 576 s.: ill.
4. Sivukhin S.D. Yleinen fysiikan kurssi - M.: Nauka, 1977. - T.3. Sähkö.- P.490-494.
5.. Fysiikka: Encyclopedia./ Under. Ed. Yu.V. Prokhorova. - M.: Great Russian Encyclopedia, 2003. - 944 s.: ill., 2 s. väri
6. Physical Encyclopedia, osa 5. Stroboskooppiset laitteet - kirkkaus / Ch. toim. OLEN. Prokhorov. Ed. Kol.: D.M. Baldin, Great Russian Encyclopedia, 1998. - 760 s.
7. Vladimir Lank, Miroslav Vondra. Fizika v kocke. - Ceska republika: Fragmentti, 2000. - 120 s. Oppikirja lukiolle, Slovakian tasavalta.
8. Tsokos K.A. Fysiikka IB-tutkintoa varten. Viides painos. - UK: Cambridge Universyty Press, 2004. - 850 s. Kansainvälisen ylioppilastutkinnon oppikirja
9. Yrityksen 3bscientific verkkosivusto. [sähköinen resurssi]// https://www.3bscientific.ru/laboratory-installation-seebeck-effect-8000731-ue6020500-230,p_1440_28886.html (käyttöpäivä: 18. helmikuuta 2018)
Liite 1. Koetulokset
Koe 1. Suora Seebeck-efekti
|
Aika t, s |
Lämpötilaero Δ t, o C |
Jännite U, V |
||
Koe 2. Käänteinen Peltier-ilmiö
|
Aika t, s |
Kylmän veden lämpötila tx, o C |
Kuuman veden lämpötila t g, o C |
Lämpötilaero Δ t, o C |
Jännite U, V |
Koe 3: Käänteinen Seebeck-ilmiö
|
Aika t, s |
Kylmän veden lämpötila tx, o C |
Kuuman veden lämpötila t g, o C |
Lämpötilaero Δ t, o C |
Jännite |
Koe 4. Suora Peltier-ilmiö
|
Aika t, s |
Kylmän veden lämpötila tx, o C |
Kuuman veden lämpötila t g, o C |
Lämpötilaero Δ t, o C |
Jännite U, V |
Liite 2. Kuva asennuksesta
Peltier-elementit ovat lämpösähköisiä erikoismuuntimia, jotka toimivat Peltier-periaatteella. (lämpötilaeron muodostuminen, kun sähkövirta on kytketty, toisin sanoen lämpösähköinen jäähdytin).
Ei ole mikään salaisuus, että elektroniset laitteet kuumenevat käytön aikana. Lämmitys vaikuttaa negatiivisesti työprosessiin, joten laitteiden jotenkin jäähdyttämiseksi laitteen runkoon on rakennettu erityisiä elementtejä, joita kutsutaan ranskalaisen keksijän - Peltierin mukaan. Tämä on pienikokoinen elementti, joka voi jäähdyttää radiokomponentteja laitelevyillä. Itse asentaminen ei aiheuta ongelmia, asennus piiriin tehdään tavallisella juotosraudalla.
1 — Keraaminen eriste
2 - n-tyypin johdin
3 - p-tyyppinen johdin
4 - Kuparijohdin
Alkuaikoina kukaan ei ollut kiinnostunut jäähdytysongelmista, joten tämä keksintö jäi käyttämättä. Kaksi vuosisataa myöhemmin, kun elektronisia laitteita käytettiin jokapäiväisessä elämässä ja teollisuudessa, alettiin käyttää miniatyyri Peltier-elementtejä, mikä muistutti ranskalaisen keksijän vaikutuksesta.
Toimintaperiaate
Peltierin keksintöön perustuvan elementin toiminnan ymmärtäminen edellyttää fysikaalisten prosessien ymmärtämistä. Vaikutus on yhdistää kaksi materiaalia, joilla on johtavia ominaisuuksia ja joilla on erilaiset elektronien energiat johtavuusalueella. Kun sähkövirta kytketään kytkentävyöhykkeeseen, elektronit saavat paljon energiaa siirtyäkseen toisen puolijohteen korkeamman johtavuuden vyöhykkeelle. Kun energiaa imeytyy, johtimet jäähtyvät. Kun virta kulkee vastakkaiseen suuntaan, tapahtuu tavallinen koskettimen lämmitysvaikutus.
Kaikki työ suoritetaan materiaalin atomihilan tasolla. Ymmärtääksemme työtä paremmin, kuvitellaan kaasu, joka koostuu hiukkasista – fononeista. Kaasun lämpötila riippuu parametreista:
- Metallin ominaisuudet.
- Ympäristön lämpötilat.
Oletamme, että metalli koostuu elektroni- ja fononikaasujen seoksesta, joka on termodynaamisessa tasapainossa. Kun kaksi erilämpöistä metallia koskettaa, kylmä elektronikaasu siirtyy lämpimään metalliin. Potentiaaliero syntyy.
Koskettimen risteyksessä elektronit absorboivat fononienergiaa ja siirtävät sen toiseen metalliin fononeihin. Kun virtalähteen napoja vaihdetaan, koko prosessi kääntyy päinvastaiseksi. Lämpötilaero kasvaa, kunnes käytettävissä on vapaita elektroneja, joilla on korkea potentiaali. Niiden puuttuessa metallien lämpötilat tasoittuvat.
Jos asennat Peltier-levyn toiselle puolelle laadukkaan patterin muodossa olevan jäähdytyslevyn, levyn toinen puoli luo alemman lämpötilan. Ilma on useita kymmeniä asteita matalampi kuin ympäröivä ilma. Mitä suurempi virta-arvo, sitä voimakkaampi jäähdytys on. Kun virran napaisuus käännetään, kylmä ja lämmin puoli vaihtuvat keskenään.
Kun Peltier-elementti yhdistetään metalliin, vaikutus muuttuu merkityksettömäksi, joten kaksi elementtiä asennetaan käytännössä. Niiden lukumäärä voi olla mikä tahansa, se riippuu jäähdytystehon tarpeesta.
Peltier-ilmiön tehokkuus riippuu siitä, kuinka tarkasti metallien ominaisuudet valitaan, laitteen läpi kulkevan virran voimakkuudesta ja lämmönpoistonopeudesta.
Käyttöalue
Peltier-elementin soveltamiseksi käytännössä tutkijat suorittivat useita kokeita, jotka osoittivat, että lämmönpoiston lisääntyminen saavutetaan lisäämällä kahden materiaalin liitosten määrää. Mitä enemmän materiaalien liitoksia on, sitä suurempi vaikutus. Useammin elämässämme tällaista elementtiä käytetään elektronisten laitteiden jäähdyttämiseen ja mikropiirien lämpötilan alentamiseen.
Tässä on joitain niiden käyttötavoista:
- Pimeänäkölaitteet.
- Digikamerat, viestintälaitteet, mikropiirit, jotka vaativat korkealaatuista jäähdytystä paremman kuvavaikutelman saavuttamiseksi.
- Jäähdytetyt teleskoopit.
- Ilmastointilaitteet.
- Tarkat kellojäähdytysjärjestelmät kvartsisähköoskillaattorille.
- Jääkaapit.
- Vesijäähdyttimet.
- Autojen jääkaapit.
- Näytönohjaimet.
Peltier-elementtejä käytetään usein jäähdytys- ja ilmastointijärjestelmissä. On mahdollista saavuttaa melko alhaisia lämpötiloja, mikä avaa mahdollisuuden käyttää jäähdytyslaitteita, joissa on lisälämmitys.
Tällä hetkellä asiantuntijat käyttävät Peltier-elementtejä akustisissa järjestelmissä, jotka toimivat jäähdyttimenä. Peltier-elementit eivät aiheuta ääniä, joten äänettömyys on yksi niiden eduista. Tästä tekniikasta on tullut suosittu sen tehokkaan lämmönsiirron ansiosta. Nykytekniikalla valmistetut elementit ovat kooltaan kompakteja, ja jäähdytyspatterit pitävät tietyn lämpötilan pitkään.
Elementtien etuna on niiden pitkä käyttöikä, koska ne on valmistettu monoliittisen rungon muodossa, toimintahäiriöt ovat epätodennäköisiä. Tavallisen laajalti käytetyn tyypin yksinkertainen rakenne on yksinkertainen, ja se koostuu kahdesta kuparilangasta, joissa on liittimet ja johdot, keraaminen eristys.
Tämä on pieni luettelo sovelluspaikoista. Se laajenee koskemaan kodin laitteita, tietokoneita ja autoja. Peltier-elementtien käyttö jäähdytysmikroprosessoreissa on erittäin suorituskykyinen. Aiemmin niihin oli asennettu vain tuulettimet. Nyt kun asennetaan moduuli Peltier-elementeillä, melu laitteiden toiminnassa on vähentynyt merkittävästi.
Muuttuvatko jäähdytyspiirit perinteisissä jääkaapeissa Peltier-ilmiötä käyttäviin piireihin? Nykyään tämä on tuskin mahdollista, koska elementeillä on alhainen hyötysuhde. Niiden hinta ei myöskään salli niiden käyttöä jääkaapissa, koska se on melko korkea. Tulevaisuus näyttää, miten tämä suunta kehittyy. Nykyään tehdään kokeita rakenteeltaan ja ominaisuuksiltaan samanlaisilla kiinteillä liuoksilla. Niitä käytettäessä jäähdytysmoduulin hinta saattaa laskea.
Peltier-elementtien käänteinen vaikutus
Tämän tyyppisessä tekniikassa on mielenkiintoisia faktoja. Tämä johtuu sähkövirran tuottamisesta jäähdyttämällä ja lämmittämällä Peltier-moduulilevyä. Toisin sanoen se toimii sähköenergian generaattorina päinvastaisella vaikutuksella.
Tällaisia sähköntuottajia on vielä puhtaasti teoreettisesti olemassa, mutta voimme toivoa tämän suunnan tulevaa kehitystä. Kerran ranskalainen keksijä ei löytänyt löytölleen mitään sovellusta.
Nykyään tätä lämpösähköistä vaikutusta käytetään laajalti elektroniikassa. Sovellusalue laajenee jatkuvasti, minkä vahvistavat tutkijoiden ja tiedemiesten raportit ja kokemukset. Tulevaisuudessa kodin- ja elektroniikkalaitteissa on edistyksellisiä innovatiivisia ominaisuuksia. Jääkaapit tulevat äänettömäksi, kuten tietokoneet. Sillä välin Peltier-moduulit asennetaan eri piireihin radiokomponenttien jäähdyttämiseksi.
Hyödyt ja haitat
Peltier-elementtien edut sisältävät seuraavat tosiasiat:
- Elementtien kompaktin kotelon ansiosta se voidaan asentaa levylle radiokomponenttien kanssa.
- Siinä ei ole liikkuvia tai hankaavia osia, mikä pidentää sen käyttöikää.
- Mahdollistaa useiden elementtien yhdistämisen yhdeksi kaskadiksi järjestelmän mukaisesti, jonka avulla voit alentaa erittäin kuumien osien lämpötilaa.
- Kun syöttöjännitteen napaisuutta muutetaan, elementti toimii päinvastaisessa järjestyksessä, eli jäähdytys- ja lämmityspuoli vaihtavat paikkaa.
Haittoja ovat seuraavat:
- Riittämätön toimintakerroin, joka vaikuttaa syötettävän virran kasvuun vaaditun lämpötilaeron saavuttamiseksi.
- Melko monimutkainen järjestelmä lämmön poistamiseksi jäähdytyspinnalta.
Kuinka tehdä Peltier-elementtejä jääkaappiin
Voit valmistaa tällaiset Peltier-elementit itse nopeasti ja helposti. Ensin sinun on päätettävä levyjen materiaalista. On tarpeen ottaa kestävästä keramiikasta valmistettujen elementtien levyt, valmistaa johtimia yli 20 kappaletta, jotta voidaan varmistaa suurin lämpötilaero. Riittävällä määrällä tehokkuuselementtejä jääkaapin suorituskyky paranee merkittävästi.
Käytetyn jääkaapin teholla on suuri rooli. Jos se toimii nestemäisellä freonilla, suorituskyvyssä ei ole ongelmia. Elementtilevyt on asennettu höyrystimen lähelle, asennettuna yhdessä moottorin kanssa. Tällaista asennusta varten tarvitset tietyn sarjan tiivisteitä ja työkaluja. Näin jääkaapin pohja jäähtyy nopeasti.
Johtimien huolellinen eristys on tarpeen, vasta sen jälkeen ne liitetään kompressoriin. Asennuksen päätyttyä sinun on tarkistettava jännite yleismittarilla. Jos elementit eivät toimi (esimerkiksi oikosulku), termostaatti toimii.
Muut lämpösähköisten moduulien sovellukset
Peltier-moduuliefektiä käytetään nykyään fysiikan lakien ansiosta. Elementtien ylienergiasta on aina hyötyä siellä, missä tarvitaan hiljaista ja nopeaa lämmönvaihtoa.
Tärkeimmät paikat, joissa moduuleja käytetään:
- Mikroprosessorien jäähdytys.
- Polttomoottorit tuottavat pakokaasuja, joita tutkijat ovat alkaneet käyttää apuenergian tuottamiseen lämpösähköisten moduulien avulla. Tällä tavalla saatu energia syötetään uudelleen moottoriin sähkön muodossa. Tämä luo polttoainesäästöjä.
- Kotitalouslaitteissa, jotka vaikuttavat lämmitykseen tai jäähdytykseen.
Jäähdytysjäähdyttimestä voi tulla lämmitin, ja jääkaappi voi toimia lämmityskaappina, jos DC-napaisuus on päinvastainen. Tätä kutsutaan palautuvaksi vaikutukseksi.
Tätä periaatetta käytetään rekuperaattoreissa. Se koostuu kahden kammion laatikosta. Ne on yhdistetty toisiinsa tuulettimella. Peltier-elementit lämmittävät ulkoa tulevaa kylmää ilmaa käyttämällä energiaa, joka otetaan pois huoneen lämpimästä ilmasta. Tämä laite säästää tilan lämmityskustannuksia.
Lämmön vapautuminen tai absorptio (riippuen virran suunnasta) kahden erilaisen puolijohteen tai metallin ja puolijohteen kosketuksessa
Animaatio
Kuvaus
Peltier-ilmiö on lämpösähköinen ilmiö, vastakohta Seebeck-ilmiölle: kun sähkövirta I johdetaan kahden eri aineen (johteiden tai puolijohteiden) koskettimen (liitoksen) läpi koskettimessa, joulen lämmön lisäksi Peltier-lisälämpöä. Q P vapautuu virran yhteen suuntaan ja absorboituu vastakkaiseen suuntaan.
Syntyneen lämmön määrä Q P ja sen etumerkki riippuvat kosketuksissa olevien aineiden tyypistä, virran voimakkuudesta ja sen kulumisajasta:
dQ P = p 12 H I H dt.
Tässä p 12 = p 1 -p 2 on Peltier-kerroin tietylle kosketukselle, joka liittyy kontaktimateriaalien absoluuttisiin Peltier-kertoimiin p 1 ja p 2. Tässä tapauksessa oletetaan, että virta kulkee ensimmäisestä näytteestä toiseen. Peltier-lämpöä vapautuessa meillä on: Q P >0, p 12 >0, p 1 > p 2 . Kun Peltier-lämpö imeytyy, sitä pidetään negatiivisena ja vastaavasti: Q P<0,p 12 <0, p 1
Peltier-lämmön sijasta käytetään usein fyysistä suuruutta, joka määritellään lämpöenergiaksi, joka vapautuu joka sekunti yksikköpinta-alalla. Tämä määrä, jota kutsutaan lämmönluovutustehoksi, määritetään kaavalla:
q P = p 12 H j,
jossa j = I/S - virrantiheys;
S - kosketusalue;
tämän suuren mitta on SI = W/m2.
Termodynamiikan laeista seuraa, että Peltier-kerroin ja lämpövoimakerroin a liittyvät toisiinsa suhteella:
p = aЧ T,
missä T on absoluuttinen kosketuslämpötila.
Peltier-kerrointa, joka on materiaalien tärkeä tekninen ominaisuus, ei pääsääntöisesti mitata, vaan se lasketaan lämpötehokertoimella, jonka mittaus on yksinkertaisempaa.
Kuvassa 1 ja fig. Kuvassa 2 on suljettu piiri, joka koostuu kahdesta eri puolijohteesta PP1 ja PP2 koskettimilla A ja B.
Peltier-lämmön vapautus (tappi A)
Riisi. 1
Peltier-lämmön absorptio (tappi A)
Riisi. 2
Tällaista piiriä kutsutaan yleensä lämpöelementiksi ja sen haaroja kutsutaan termoelektrodeiksi. Ulkoisen lähteen e luoma virta I kulkee piirin läpi. Riisi. Kuva 1 havainnollistaa tilannetta, kun koskettimessa A (virta kulkee PP1:stä PP2:een) Peltier-lämpöä vapautuu Q P (A)>0 ja koskettimessa B (virta suunnataan PP2:sta PP1:een) sen absorptio on Q P (B)<0 . В результате происходит изменение температур спаев: Т А >T V.
Kuvassa 2, lähteen etumerkin muuttaminen muuttaa virran suunnan päinvastaiseksi: PP2:sta PP1:een koskettimessa A ja PP1:stä PP2:een koskettimessa B. Vastaavasti Peltier-lämmön etumerkki ja kosketuslämpötilojen välinen suhde muuttuvat: Q P (A)<0, Q P (В)>0, TA<Т В .
Syy Peltier-ilmiön esiintymiseen puolijohteiden kosketuksessa samantyyppisten virrankantoaaltojen kanssa (kaksi n-tyyppistä puolijohdetta tai kaksi p-tyyppistä puolijohdetta) on sama kuin kahden metallijohtimen kosketuksessa. Liitoksen eri puolilla olevilla virrankantajilla (elektroneilla tai rei'illä) on erilaiset keskimääräiset energiat, jotka riippuvat monista syistä: energiaspektri, pitoisuus, varauksenkuljettajien sirontamekanismi. Jos kantoaineet kulkevat liitoksen läpi pienemmän energian alueelle, ne siirtävät ylimääräistä energiaa kidehilaan, minkä seurauksena Peltier-lämpöä vapautuu kontaktin läheltä (Q P >0) ja kontaktilämpötila nousee. Tässä tapauksessa toisessa risteyksessä kantajat, siirtyessään korkeamman energian alueelle, lainaavat puuttuvan energian hilasta ja Peltier-lämpö imeytyy (Q P<0 ) и понижение температуры.
Peltier-ilmiö, kuten kaikki lämpösähköiset ilmiöt, on erityisen voimakas piireissä, jotka koostuvat elektronisista (n - tyyppi) ja rei'istä (p - tyyppi) puolijohteista. Tässä tapauksessa Peltier-ilmiöllä on erilainen selitys. Tarkastellaan tilannetta, kun koskettimen virta menee reikäpuolijohteesta elektroniseen (р ® n). Tässä tapauksessa elektronit ja reiät liikkuvat toisiaan kohti ja kohdattuaan yhdistyvät uudelleen. Rekombinaation seurauksena vapautuu energiaa, joka vapautuu lämmön muodossa. Tämä tilanne on esitetty kuvassa. Kuva 3, joka esittää energiakaistat (e c - johtavuuskaista, e v - valenssikaista) epäpuhtauspuolijohteille, joissa on reikä ja elektroninen johtavuus.
Peltier-lämmön vapautuminen p- ja n-tyypin puolijohteiden kosketuksessa
Riisi. 3
Kuvassa 4 (e c - johtavuuskaista, e v - valenssikaista) havainnollistaa Peltierin lämmön absorptiota tapauksessa, jossa virta menee n:stä p - puolijohteeseen (n ® p).
Peltier-lämmön absorptio p- ja n-tyypin puolijohteiden kosketuksessa
Riisi. 4
Täällä elektronit elektronisessa puolijohteessa ja reiät reikäpuolijohteessa liikkuvat vastakkaisiin suuntiin, siirtyen pois rajapinnasta. Virran kantajien häviö raja-alueella kompensoidaan elektronien ja reikien pareittain tuottamalla. Tällaisten parien muodostuminen vaatii energiaa, joka saadaan hilaatomien lämpövärähtelyistä. Tuloksena olevat elektronit ja reiät vedetään vastakkaisiin suuntiin sähkökentän vaikutuksesta. Siksi niin kauan kuin virta kulkee koskettimen läpi, uusia pareja syntyy jatkuvasti. Tämän seurauksena lämpö imeytyy kosketukseen.
Jotta Peltier-ilmiö olisi havaittavissa Joule-Lenzin lämmön vapautumiseen liittyvän yleisen kuumennuksen taustalla, seuraavan ehdon on täytyttävä: S Q P Si Q J . . Tuloksena saadaan seuraavat suhteet, jotka on otettava huomioon kokeita suoritettaessa:
.
jossa R on pituudeltaan l olevan termoelektrodiosan resistanssi, jossa lämpöä vapautuu;
r - sähkövastus.
Peltier-kerroin, joka määrittää kosketuksessa vapautuvan Peltier-lämmön määrän, riippuu kosketukseen joutuvien aineiden luonteesta ja kosketuslämpötilasta: p 12 = a 12 · T = (a 1 - a 2 ) · T , missä a 1 ja a 2 ovat kontaktissa olevien aineiden absoluuttiset lämpötehokertoimet. Jos useimpien metalliparien lämpötehokerroin on luokkaa 10-5 x 10-4 V/K, niin puolijohteilla se voi olla paljon suurempi (jopa 1,5 x 10-3 V/K). Puolijohteilla, joilla on eri johtavuus, a:lla on erilaiset etumerkit, minkä seurauksena Sa 12 S = Sa 1 S + Sa 2 S.
On huomattava, että lämpötehokerroin riippuu monimutkaisesti puolijohteen koostumuksesta ja lämpötilasta, kun taas metalleihin verrattuna puolijohteiden a:n lämpötilariippuvuus on paljon selvempi. A:n etumerkki määräytyy varauksenkuljettajien etumerkillä. Ei ole olemassa yleisiä empiirisiä, vielä vähemmän teoreettisia kaavoja, jotka kattaisivat puolijohteiden lämpösähköiset ominaisuudet laajalla lämpötila-alueella. Tyypillisesti puolijohteen lämpösähkömotorinen voima a, alkaen arvosta a = 0, kun T = 0, kasvaa ensin suhteessa T:hen, sitten hitaammin, pysyy usein vakiona tietyllä lämpötila-alueella ja korkeiden lämpötilojen alueella ( yli 500 Kyo 700 K) alkaa laskea lain a~ 1/T mukaan.
Toinen puolijohteiden erottuva piirre on epäpuhtauksien ratkaiseva rooli, jonka käyttöönotto mahdollistaa paitsi arvon muuttamisen monta kertaa, myös muuttaa a-merkkiä.
Puolijohteissa, joissa on sekoitettu johtavuus, osuudet reikien ja elektronien lämpötehoon ovat päinvastaisia, mikä johtaa pieniin a- ja p-arvoihin.
Erityisessä tapauksessa, kun elektronien ja reikien pitoisuudet (n) ja liikkuvuus (u) ovat yhtä suuret (ne = np ja ue = ylös), a:n ja p:n arvoista tulee nolla:
a~ (ne ue - np ylös) / (ne ue + np ylös).
Peltier-ilmiö, kuten muutkin lämpösähköiset ilmiöt, on luonteeltaan fenomenologinen.
Puolijohteiden Peltier-ilmiötä käytetään lämpösähköiseen jäähdytykseen ja lämmitykseen, jolla on käytännön sovelluksia lämpötilan säätö- ja jäähdytyslaitteissa.
Peltier-ilmiön löysi J. Peltier vuonna 1834.
Ajoituksen ominaisuudet
Aloitusaika (logista -3:sta 2:een);
Käyttöikä (log tc 15 - 15);
Hajoamisaika (log td välillä -3 arvoon 2);
Optimaalisen kehityksen aika (log tk välillä -2 - 3).
Kaavio:
Vaikutuksen tekniset toteutukset
Peltier-ilmiön tekninen toteutus puolijohteissa
Kaikkien lämpösähköisten jäähdytyslaitteiden tekninen pääyksikkö on termosähköinen akku, joka koostuu sarjaan kytketyistä lämpöelementeistä. Koska metallijohtimilla on heikot lämpösähköiset ominaisuudet, lämpöelementit valmistetaan puolijohteista, ja yhden lämpöelementin haaroista tulisi koostua puhtaasti reiästä (p-tyyppi) ja toisen puhtaasti elektronisesta (n-tyypin) puolijohteesta. Jos valitset virran suunnan (kuva 5), jossa Peltier-lämpö imeytyy jääkaapin sisällä olevista koskettimista ja vapautuu ulkoisten koskettimien kautta ympäröivään tilaan, jääkaapin sisälämpötila laskee ja tila jääkaapin ulkopuolella lämpenee (mitä tapahtuu missä tahansa jääkaappimallissa).
Kaaviokaavio lämpösähköisestä jääkaapista
Riisi. 5
Termosähköisen jäähdytyslaitteen pääominaisuus on sen jäähdytystehokkuus:
Z = a 2/(rl) ,
missä a on lämpötehokerroin;
r - ominaisvastus;
l on puolijohteen lämmönjohtavuus.
Z-parametri on lämpötilan ja varauksenkantajapitoisuuden funktio, ja jokaiselle annetulle lämpötilalle on optimaalinen pitoisuusarvo, jossa Z-arvo on maksimi. Maksimilämpötilan alennus suhteutetaan tehokkuusarvoon lausekkeella:
D T max = (1/2) Х Z × T 2,
missä T on lämpöelementin kylmäliitoksen lämpötila.
Mitä suurempi Z:n arvo yksittäisille haaroille, sitä suurempi on tehokkuuden määräävä Z = (a 1 + a 2) 2 /(Tsr 1 l 1 + Tsr 2 l 2) 2 arvo. koko lämpöelementti. On suositeltavaa valita puolijohteet, joilla on korkeimmat liikkuvuusarvot ja pienin lämmönjohtavuus. Tiettyjen epäpuhtauksien lisääminen puolijohteeseen on tärkein käytettävissä oleva tapa muuttaa sen parametreja (a, r, l) haluttuun suuntaan.
Nykyaikaiset lämpösähköiset jäähdytyslaitteet vähentävät lämpötilaa +20 °C:sta 200 °C:seen; niiden jäähdytysteho on yleensä enintään 100 W.
Teknologisesti puolijohdemateriaaleista valmistetut tangot, joilla on p- ja n-johtavuus (1), asennetaan lämpöä johtaviin levyihin, jotka on valmistettu eristävästä materiaalista (2) käyttämällä metalliliittimiä (3), kuten kuvassa 1 on esitetty. 6.
Lämpösähköisen moduulin kaavio
Riisi. 6
Tehosteen käyttäminen
Peltier-ilmiön pääasialliset käyttöalueet puolijohteissa: kylmän saaminen lämpösähköisten jäähdytyslaitteiden luomiseksi, lämmitys lämmitystarkoituksiin, termostaatti, kiteytysprosessin ohjaaminen vakiolämpötilaolosuhteissa.
Termosähköisellä jäähdytysmenetelmällä on useita etuja muihin jäähdytysmenetelmiin verrattuna. Lämpösähköisille laitteille on ominaista helppokäyttöisyys, kyky hienosäätää lämpötilaa, äänettömyys ja korkea toimintavarmuus. Lämpösähköisten laitteiden suurin haitta on niiden alhainen hyötysuhde, mikä ei salli niiden käyttöä "kylmän" teolliseen tuotantoon.
Termosähköisiä jäähdytyslaitteita käytetään kotitalouksien ja kuljetusten jääkaapeissa, termostaateissa, radioelektronisten ja optisten laitteiden lämpöherkkien elementtien jäähdyttämiseen ja termostaatointiin, kiteytysprosessin ohjaamiseen, lääketieteellisissä ja biologisissa laitteissa jne.
Tietotekniikassa lämpösähköisillä jäähdytyslaitteilla on slanginimi "coolers" (englannin kielestä cooler - cooler).
Kirjallisuus
1. Fyysinen tietosanakirja.- M.: Great Russian Encyclopedia, 1998.- T.5.- P.98-99, 125.
2. Sivukhin S.D. Yleinen fysiikan kurssi - M.: Nauka, 1977. - T.3. Sähkö.- P.490-494.
3. Stilbans L.S. Puolijohteiden fysiikka - M., 1967. - P.75-83, 292-311.
4. Ioffe A.F. Puolijohteiset lämpöelementit. - M., 1960.
Avainsanat
Peltier-moduulia voidaan käyttää neljässä eri järjestelmässä: lämmityselementtinä (hautomoissa...), jäähdytyselementtinä (jääkaapeissa...), sähkön tuottamiseen (generaattori...) ja myös Peltierillä. elementti, jolla voit tuottaa vettä. Tästä artikkelini tulee käsittelemään.
Peltier-elementti on lämpösähköinen muunnin, jonka toimintaperiaate perustuu Peltier-ilmiöön - lämpötilaeron esiintymiseen sähkövirran kulkiessa. Englanninkielisessä kirjallisuudessa Peltier-elementtejä kutsutaan nimellä TEC (englanninkielisestä Thermoelectric Cooler - thermoelectric cooler).
Peltier-ilmiön vastakkaista vaikutusta kutsutaan Seebeckin efektiksi.
Toimintaperiaate
Peltier-elementtien toiminta perustuu kahden sähköä johtavan materiaalin kosketukseen eri elektronienergiatasoilla johtavuuskaistalla. Kun virta kulkee tällaisten materiaalien kosketuksen läpi, elektronin on hankittava energiaa siirtyäkseen toisen puolijohteen korkeamman energian johtavuuskaistalle. Kun tämä energia imeytyy, puolijohteiden välinen kosketuspiste jäähtyy. Kun virta kulkee vastakkaiseen suuntaan, puolijohteiden välinen kosketuspiste lämpenee tavanomaisen lämpövaikutuksen lisäksi.
Kun metallit joutuvat kosketuksiin, Peltier-ilmiö on niin pieni, että se on huomaamaton ohmisen kuumenemisen ja lämmönjohtavuusilmiöiden taustalla. Siksi käytännön sovelluksissa käytetään kahden puolijohteen välistä kosketusta.
Peltier-elementti koostuu yhdestä tai useammasta pienten puolijohteisten suuntaissärmiöiden parista - yhdestä n-tyypin ja yhden p-tyypin parista (yleensä vismuttitelluridi, Bi2Te3 ja piigermanidi), jotka on yhdistetty pareittain metallisiltojen avulla. Metalliset jumpperit toimivat samanaikaisesti lämpökoskettimina ja ne on eristetty johtamattomalla kalvolla tai keraamisella levyllä. Suuntaissärmiöiden parit on kytketty siten, että muodostuu useiden eri johtavuustyyppien puolijohdeparien sarjakytkentä siten, että ylhäällä on yksi kytkentäsarja (n->p), ja alhaalla vastapäätä ( p->n). Sähkövirta kulkee peräkkäin kaikkien suuntaissärmiöiden läpi. Virran suunnasta riippuen ylemmät koskettimet jäähdytetään ja alemmat lämmitetään - tai päinvastoin. Sähkövirta siirtää siten lämpöä Peltier-elementin toiselta puolelta toiselle puolelle ja synnyttää lämpötilaeron.
Jos jäähdytät Peltier-elementin lämmityspuolta esimerkiksi jäähdyttimellä ja tuulettimella, kylmäpuolen lämpötila laskee entisestään. Yksivaiheisissa elementeissä lämpötilaero voi elementtityypistä ja virta-arvosta riippuen olla noin 70 °C.
Hyödyt ja haitat
Peltier-elementin etuna on pieni koko, liikkuvien osien sekä kaasujen ja nesteiden puuttuminen. Virran suuntaa kääntämällä sekä jäähdytys että lämmitys ovat mahdollisia - tämä mahdollistaa termostaatin ympäristön lämpötiloissa sekä termostaatin lämpötilan ylä- että alapuolella. Toinen etu on mekaanisten osien puuttuminen ja melun puuttuminen.
Peltier-elementin haittana on sen alhaisempi hyötysuhde kuin freonia käyttävien kompressorijäähdytysyksiköiden, mikä johtaa suureen virrankulutukseen huomattavan lämpötilaeron saavuttamiseksi. Tästä huolimatta lämpöhyötysuhdetta kehitetään ja Peltier-elementit ovat löytäneet laajan sovelluksen teknologiassa, koska alle 0 °C:n lämpötilat voidaan saavuttaa ilman lisälaitteita.
Suurin ongelma korkean hyötysuhteen Peltier-elementtien rakentamisessa on, että aineen vapaat elektronit ovat samanaikaisesti sekä sähkövirran että lämmön kantajia. Peltier-elementin materiaalilla tulee olla samanaikaisesti kaksi toisensa poissulkevaa ominaisuutta - se johtaa hyvin sähkövirtaa, mutta huonosti lämpöä.
Peltier-kennoakuissa on mahdollista saavuttaa teoreettisesti erittäin suuri lämpötilaero, yli 70 celsiusastetta, joten on parempi käyttää pulssilämpötilansäätömenetelmää, jonka ansiosta myös energiankulutusta voidaan vähentää. Tässä tapauksessa on toivottavaa tasoittaa virran aaltoilua Peltier-elementin käyttöiän pidentämiseksi.
Termosähköisen moduulin käyttö: vesijäähdyttimiin, tietokoneiden jäähdytysjärjestelmiin tai erilaisten pienikokoisten laitteiden mikropiireihin, sähkölämpögeneraattoreihin, näytönohjainten jäähdytykseen, pohjois- tai eteläsillat, autojääkaapit, ilmajäähdyttimet, Arduino, CCD-matriisien ja infrapunavalodetektorien jäähdytykseen, sähköiset lämpögeneraattorit, termostaatit, tieteelliset laboratoriolaitteet, lämpökalibraattorit, lämpöstabilisaattorit. Yleensä, jos vaaditaan yli 60 asteen lämpötilaerot.
Peltier-levyn mitat ja kulutusominaisuudet
Peltier-levyjen mitat ja kulutusominaisuudet (virrankulutus, jännite, virta, maksimilämpötilaero). Näiden lämpösähköisten generaattoreiden merkinnät voivat olla erilaisia eri paikoissa, kaikki riippuu valmistajasta (esimerkiksi: TEG1-241-1.4-1.2; CP1.4-127-06L kotimainen; TB-127-1.4-1.5 Frost-72 SP1848-27145 Seebeck lämpögeneraattori TEP1-142T300). Ominaisuudet eivät puolestaan eroa paljon, mutta jotkut indikaattorit eivät eroa merkittävästi.
| Qmax | Umax | Imax | dTmax | Mitat, (mm) | ||
| (W) | (SISÄÄN) | (A) | (rae) | A | B | H |
| 36,0 | 16,1 | 3,6 | 71 | 30,0 | 30,0 | 3,6 |
| 36,0 | 16,1 | 3,6 | 71 | 40,0 | 40,0 | 3,6 |
| 62,0 | 16,3 | 6,2 | 72 | 40,0 | 40,0 | 3,9 |
| 65,0 | 16,7 | 6,3 | 74 | 40,0 | 40,0 | 3,9 |
| 80,0 | 16,1 | 8,0 | 71 | 40,0 | 40,0 | 3,4 |
| 80,0 | 16,1 | 8,0 | 71 | 48,0 | 48,0 | 3,4 |
| 94,0 | 24,9 | 6,1 | 70 | 40,0 | 40,0 | 3,9 |
| 115,0 | 24,6 | 7,6 | 69 | 40,0 | 40,0 | 3,6 |
| 120,0 | 24,6 | 7,9 | 69 | 40,0 | 40,0 | 3,4 |
| 131,0 | 24,6 | 8,6 | 69 | 40,0 | 40,0 | 3,3 |
| 172,0 | 24,6 | 11,3 | 69 | 40,0 | 40,0 | 3,2 |
| 156,0 | 15,7 | 16,1 | 70 | 48,0 | 48,0 | 3,4 |
| 223,0 | 15,5 | 23,4 | 68 | 55,0 | 59,0 | 3,3 |
| 310,0 | 24,6 | 20,6 | 69 | 62,0 | 62,0 | 3,2 |
DIY USB-jääkaappi (Peltier-moduuli)
Minijääkaappimme rakentamiseksi meidän on löydettävä tai ostettava Peltier-elementti (voit lukea alta, mikä se on ja miten se toimii) ja kaksi lämpöpatteria.
Tämä Peltier-elementti, repisin sen irti rikkinäisestä tietokoneesta, se seisoi siellä prosessorin ja jäähdyttimen välissä. Puhdistin siitä vanhan lämpötahnan pois. Lyhyesti sanottuna tämä Peltier-elementti, kun siihen syötetään tasavirtaa, alkaa toimia seuraavasti: sen toinen puoli alkaa lämmetä ja toinen alkaa jäähtyä; jos muutat virtalähteen napaisuutta, elementti käyttäytyy päinvastoin!
Seuraavaksi otin kaksi massiivista patteria tarpeettomasta vahvistimesta. Sitten voitelin elementin uudella lämpötahnalla, jonka ostin radiokaupasta, ja kiinnitin Peltier-elementin patterien väliin. Lämpöpastan käyttö on tässä tapauksessa pakollista!
Liitin johdot elementtiin USB-kaapelilla ja liitin sen tietokoneeseen - yksi jäähdytin alkoi lämmetä ja toinen jäähtyä! Eli kaikki on kunnossa!
Materiaali, jota käytin liimaamaan jääkaapin yhteen, on samanlaista kuin puristettua vaahtoa tai huokoista muovia. Yleensä materiaali voi olla mitä tahansa, sen tärkein laatu on lämmöneristys.
Lasi on orgaanista ja näyttää melko hauraalta, mutta itse asiassa materiaali on kestävää.
Liima - superliima.
Sitten tein mukavuuden vuoksi magneettilukon.
Se osoittautui hienoksi - pullo kivennäisvettä mahtui helposti sinne.
Generaattori - tuottaa sähköä Peltier-elementillä
Tämän generaattorin plussat:
– Polttoaine on kaikkea, mikä palaa tai kuumenee.
- USB-lähtö 5 volttia, 500 mA.
— Ei riipu auringosta, tuulesta tms.
- Yksinkertainen ja vahva muotoilu, joka voi kestää ikuisesti.
— Voit valmistaa sillä ruokaa puhelimen latautuessa.
- Monipuolisuus.
— Kuka tahansa voi koota sen kotona yhdessä illassa (jopa AvtoVAZin työntekijä =)).
- Halpa muotoilu.
En keksinyt sitä, on olemassa kaupallisia kopioita, jotka ovat paljon parempia kuin minun. Esimerkiksi BioLite CampStove, sen hinta on 7900 ruplaa. Kopioni tehtiin kiireessä tämän artikkelin kirjoittamista ja lisäkokeita varten.
Pohja on Peltier-elementti. Tämä on lämpösähköinen moduuli, jota käytetään vesijäähdyttimissä ja kannettavissa jääkaapeissa, ja sitä käytetään myös prosessorin jäähdyttämiseen. Kun siihen kytketään jännite, toinen puoli jäähtyy ja toinen lämpenee. Päinvastoin, lämmitämme toista puolta tuottaaksemme sähköä.
Pääperiaate on, että toinen puoli lämpenee ja toinen pysyy ennallaan, maksimaalisen tehokkuuden saavuttamiseksi tarvitset 100 celsiusasteen lämpötilaeron.
Aloitetaan! 
Tarvitsemme:
— Peltier-elementti, käytin TEC1-12710
- Tarpeeton virtalähde tietokoneesta
Kuka tahansa, jopa se, joka paloi, ja kaikki paloi paitsi ruumis
- Jännitteensäädin
DC-DC Boost-moduuli, tulojännite 1-5 volttia, lähtö aina 5V.
- Jäähdytin (mitä isompi sen parempi), mieluiten 5 V jäähdyttimellä, koska Patteri lämpenee vähitellen. Talvella tämä ei ole ongelma, koska voit laittaa jäähdyttimen jäälle.
- Lämpötahna
- Työkalusarja
TEC1-12710-moduuli, mitoitettu 10 A (vähemmän tai enemmän). Mutta tehokkaammat ovat suurempia. Mitä suurempi virta, sitä tehokkaampi ja kalliimpi se on. Ostin sen Aliexpressistä noin 250 ruplaa. Elektroniikkaliikkeissämme tämä maksaa noin 1500 ruplaa.
Moduuli on suunniteltu 12V maksimijännitteelle, mutta se ei tuota niin paljon alhaisen hyötysuhteen vuoksi, kun käytämme sitä vastakkaiseen suuntaan, ts. vastaanottamaan virtaa.
Jotta 5 voltin jännite pysyisi vakaana ja laitteet latautuisivat turvallisesti, tarvitaan nostovakain. Se alkaa tuottaa 5 volttia, kun Peltier-elementissä on vielä vain 1 V. Moduulin palavasta LEDistä voi tietää, että kaikki on ladattavissa. 
Voit koota omasi, mutta päätin luottaa kiinalaisiin, he tarjoavat valmiin moduulin USB-lähdöllä 80 ruplaa. samalla sivustolla.
Puretaan virtalähde. Minun piti tehdä lisäreikiä parempaa ilmankiertoa varten (virtalähde oli hyvin vanha).
Pääperiaate on, että ilma imetään sisään alhaalta ja tulee ulos yläosan kautta. Yksinkertaisesti sanottuna sinun on tehtävä tavallinen liesi. Muista tarvittaessa varata reikä puuhakkeen heittämiseen sekä teline kattilaan tai mukille kiehuvaa vettä varten. 
Seuraavaksi sinun on kiinnitettävä Peltier-moduuli jäähdyttimellä tasaiseen seinään sen jälkeen, kun lämpötahna on ensin levitetty tasaisesti. Mitä tiukempi kontakti, sitä parempi. Se puoli, johon malli on kirjoitettu, on kylmä, tälle puolelle asetamme jäähdyttimen. Jos sekoitat sen, moduuli ei anna jännitettä; tässä tapauksessa sinun tarvitsee vain vaihtaa johdot. 
Juotamme tehostusmuuntimen ja löydämme sen piilottamiseen. Sen voi yleensä jättää roikkumaan johtimien varaan, mutta se pitää ehdottomasti eristää, esim. laittaa lämpökutiste.
Laitetaan kaikki yhteen. Tämä sinun pitäisi saada:
Kuinka se toimii?
Heitämme oksia, haketta, yleensä kaikkea, mikä palaa sisällä. Sitten sytytämme sen. Tuli lämmittää kiukaan seinät ja Peltier-elementin, joka on yhdessä näistä seinistä. Elementin toinen puoli, joka on jäähdyttimessä, pysyy ulkolämpötilassa. Mitä suurempi lämpötilaero, sitä suurempi teho, mutta älä liioittele sitä.
Maksimitehokkuus saavutetaan jo 100 asteen erolla. Ajan myötä jäähdytin alkaa lämmetä ja se on jäähdytettävä. Voit heittää lunta, kaataa sen päälle vettä, asettaa jäähdyttimen jäälle tai veteen tai laittaa sen päälle mukin kylmää vettä. Vaihtoehtoja on monia, yksinkertaisin on jäähdytin, se vie osan tehosta, mutta jäähdytyksen vuoksi kokonaistulos ei muutu. 
ÄLÄ altista elementtiä korkeille lämpötiloille, se voi palaa ja palaa. Dokumentaation mukaan maksimilämpötila on 180 °C, mutta turhaa murehtia ei tarvitse, sillä hyvällä jäähdytyksellä ja yksinkertaisilla polttopuilla ei tapahdu mitään.
Jos et ole laiska ja teet kaiken oikein, saat niin yksinkertaisen puuhakkurin, jolla voit lämmittää ruokaa, keittää, kastella ja ladata vempaimia samaan aikaan.
Sitä voidaan käyttää kotona sähkökatkon sattuessa asettamalla kynttilän sisälle. Muuten, jos liität siihen LEDit, valo on paljon kirkkaampi kuin itse kynttilästä.
Missä tahansa paikassa, josta löydät jotain palavaa, sinulla on sähköä, lämpöä ja kyky valmistaa ruokaa kätevästi, kuluttamalla vähemmän polttoainetta kuin tuleen.
Ensimmäiset testit!
Töiden jälkeen menin metsään, aurinko oli melkein laskenut, pensas oli märkä, mutta takka maksoi 100%.
Tulos ylitti kaikki odotukseni. Välittömästi hakkeen palamisen jälkeen merkkivalo syttyi, liitin puhelimen ja se alkoi latautua. Lataus oli vakaa.
Muuntaja ei rasittanut yhtään. Otin mukaan myös kannettavan tietokoneen jäähdytystyynyn, siinä on 2 jäähdytintä ja LEDiä, sen pitäisi kuluttaa kohtuullinen määrä. Yhdistin sen, kaikki pyörii, hehkuu ja tuuli puhaltaa. Otin myös USB-tuulettimen ja liitin sen lopussa, kun hiiliä oli jäljellä. Kaikki pyörii loistavasti, en edes tiedä mitä muuta kokeilla.
Tulos:
Kaikki toimii loistavasti, se antaa sukupuolensa Ampere. Silti tarvitset jäähdyttimen, koska... puolessa tunnissa patteri lämpeni noin 40 asteeseen, kesällä vielä enemmän. Anna itsesi pyöriä.
Liekit nousevat korkealle, en henkilökohtaisesti tarvitse sellaista tulta, peitän osan reikistä, jotta se palaa hitaammin.
Teen kaiken uutena, otan pohjaksi tavallisen puuhakkurin, joka on tehty peltipurkeista, mutta teen sen paksummasta metallista ja suorakaiteen muotoisena. Ostan hyvän jäähdyttimen sopivan muotoisella jäähdyttimellä ja yritän tehdä kokoontaitettavan version niin, että se vie vähemmän tilaa kannettaessa.
Juomaveden tuotanto Peltier-moduulilla
Puolijohde Peltier jääkaapit
Tietokoneiden perustana olevien nykyaikaisten korkean suorituskyvyn elektronisten komponenttien toimintaan liittyy merkittävää lämmöntuotantoa, erityisesti käytettäessä niitä pakotetuissa ylikellotustiloissa. Tällaisten komponenttien tehokas toiminta vaatii riittävät jäähdytysvälineet niiden toiminnan edellyttämien lämpötilaolosuhteiden varmistamiseksi. Tällaisia optimaalisia lämpötilaolosuhteita tukevia keinoja ovat pääsääntöisesti jäähdyttimet, jotka perustuvat perinteisiin pattereihin ja puhaltimiin.
Tällaisten työkalujen luotettavuus ja suorituskyky paranevat jatkuvasti parantamalla niiden suunnittelua, käyttämällä uusinta teknologiaa ja käyttämällä erilaisia antureita ja ohjaimia niiden koostumuksessa. Tämä mahdollistaa tällaisten työkalujen integroinnin tietokonejärjestelmiin, mikä mahdollistaa niiden toiminnan diagnosoinnin ja valvonnan parhaan tehokkuuden saavuttamiseksi samalla kun varmistetaan optimaaliset lämpötilaolosuhteet tietokoneelementtien toiminnalle, mikä lisää luotettavuutta ja pidentää niiden ongelmatonta aikaa. operaatio.
Perinteisten jäähdyttimien parametrit paranevat jatkuvasti, mutta viime aikoina tietokonemarkkinoille on ilmestynyt sellaisia spesifisiä elektroniikkaelementtien jäähdytysmenetelmiä, kuten puolijohde-Peltier-jääkaapit, ja niistä tuli pian suosittuja (vaikka sanaa cooler käytetään usein, oikea termi Peltierin tapauksessa elementit on juuri jääkaappi).
Peltier-jääkaapit, jotka sisältävät erityisiä puolijohdetermosähkömoduuleja, joiden toiminta perustuu vuonna 1834 löydettyyn Peltier-ilmiöön, ovat erittäin lupaavia jäähdytyslaitteita. Tällaisia työkaluja on käytetty menestyksekkäästi useiden vuosien ajan tieteen ja teknologian eri aloilla.
Kotimainen teollisuus yritti 60- ja 70-luvuilla toistuvasti valmistaa kotitalouksien pienikokoisia jääkaappeja, joiden toiminta perustui Peltier-ilmiöön. Nykyisten teknologioiden epätäydellisyys, alhaiset hyötysuhdearvot ja korkeat hinnat eivät kuitenkaan antaneet tällaisten laitteiden poistua tutkimuslaboratorioista ja testipenkeistä tuolloin.
Peltier-ilmiö ja lämpösähköiset moduulit eivät kuitenkaan ole yksin tiedemiesten hallinnassa. Teknologian parantamisprosessissa monia negatiivisia ilmiöitä on lievennetty merkittävästi. Nämä ponnistelut ovat johtaneet erittäin tehokkaisiin ja luotettaviin puolijohdemoduuleihin.
Näitä Peltier-ilmiöön perustuvia moduuleja on viime vuosina käytetty aktiivisesti erilaisten tietokoneiden elektronisten komponenttien jäähdyttämiseen. Erityisesti niitä alettiin käyttää nykyaikaisten tehokkaiden prosessorien jäähdyttämiseen, joiden toimintaan liittyy korkea lämmöntuotanto.
Ainutlaatuisten lämpö- ja toimintaominaisuuksiensa ansiosta lämpösähköisten moduulien – Peltier-moduulien – pohjalta valmistetut laitteet mahdollistavat tietokoneen elementtien vaaditun jäähdytystason saavuttamisen ilman erityisiä teknisiä vaikeuksia tai taloudellisia kustannuksia. Elektronisten komponenttien jäähdyttiminä nämä keinot ylläpitää niiden toiminnan edellyttämät lämpötilaolosuhteet ovat erittäin lupaavia. Ne ovat kompakteja, käteviä, luotettavia ja niillä on erittäin korkea hyötysuhde.
Puolijohdejääkaapit ovat erityisen kiinnostavia keinona tarjota tehokasta jäähdytystä tietokonejärjestelmissä, joiden elementit asennetaan ja niitä käytetään ankarissa pakotetuissa tiloissa. Tällaisten ylikellotustilojen käyttö parantaa usein käytettyjen elektronisten komponenttien suorituskykyä ja siten pääsääntöisesti koko tietokonejärjestelmää. Tietokonekomponenttien toiminnalle tällaisissa tiloissa on kuitenkin ominaista merkittävä lämmöntuotto ja se on usein tietokonearkkitehtuurien sekä olemassa olevien ja käytettyjen mikroelektroniikan kykyjen rajoilla. Tällaiset tietokonekomponentit, joiden toimintaan liittyy korkea lämmöntuotto, eivät ole vain korkean suorituskyvyn prosessoreita, vaan myös nykyaikaisten korkean suorituskyvyn videosovittimien elementtejä ja joissakin tapauksissa muistimoduulisiruja. Tällaiset tehokkaat elementit vaativat tehokkaan jäähdytyksen toimiakseen oikein, jopa normaalitiloissa ja vielä enemmän ylikellotustiloissa.
Peltier-moduulit
Peltier-jääkaapeissa käytetään perinteistä, ns. lämpösähköistä jääkaappia, jonka toiminta perustuu Peltier-ilmiöön. Tämä efekti on nimetty ranskalaisen kelloseppä Peltierin (1785-1845) mukaan, joka teki löytönsä yli puolitoista vuosisataa sitten - vuonna 1834.
Peltier itse ei täysin ymmärtänyt löytämänsä ilmiön ydintä. Ilmiön todellisen merkityksen vahvisti muutamaa vuotta myöhemmin vuonna 1838 Lenz (1804-1865).
Lenz laittoi vesipisaran syvennykseen kahden vismutti- ja antimonisauvan risteyksessä. Kun sähkövirtaa kuljetettiin yhteen suuntaan, vesipisara jäätyi. Kun virta kuljetettiin vastakkaiseen suuntaan, syntynyt jää suli. Siten todettiin, että kun sähkövirta kulkee kahden johtimen koskettimen läpi, jälkimmäisen suunnasta riippuen vapautuu tai imeytyy Joule-lämmön lisäksi lisälämpöä, jota kutsutaan Peltier-lämmöksi. Tätä ilmiötä kutsutaan Peltier-ilmiöksi (Peltier-ilmiö). Siten se on Seebeck-ilmiön käänteinen.
Jos suljetussa piirissä, joka koostuu useista metalleista tai puolijohteista, lämpötilat metallien tai puolijohteiden kosketuspisteissä ovat erilaiset, niin piiriin tulee sähkövirta. Tämän lämpösähkövirran ilmiön löysi vuonna 1821 saksalainen fyysikko Seebeck (1770-1831).
Toisin kuin Joule-Lenz-lämpö, joka on verrannollinen virranvoimakkuuden neliöön (Q=R·I·I·t), Peltier-lämpö on verrannollinen virranvoimakkuuden ensimmäiseen potenssiin ja muuttaa etumerkkiä, kun virran voimakkuuden suunta. jälkimmäisiä muutoksia. Peltierin lämpö, kuten kokeelliset tutkimukset osoittavat, voidaan ilmaista kaavalla:
Qп = П ·q
missä q on kuluneen sähkön määrä (q=I·t), P on ns. Peltier-kerroin, jonka arvo riippuu kosketuksissa olevien materiaalien laadusta ja niiden lämpötilasta.
Peltier-lämpöä Qп pidetään positiivisena, jos se vapautuu, ja negatiivisena, jos se absorboituu.
Riisi. 1. Kokeen kaavio Peltier-lämmön, Cu - kuparin, Bi - vismutin mittaamiseksi.
Esitetyssä Peltier-lämmön mittauskokeen kaaviossa kalorimetreihin laskettujen johtojen R (Cu+Bi) samalla resistanssilla jokaisessa kalorimetrissä vapautuu sama Joule-lämpö, eli Q=R·I·. Se. Peltier-lämpö päinvastoin on positiivinen yhdessä kalorimetrissä ja negatiivinen toisessa. Tämän kaavion mukaisesti on mahdollista mitata Peltier-lämpöä ja laskea Peltier-kertoimien arvot eri johdinpareille.
On huomattava, että Peltier-kerroin riippuu merkittävästi lämpötilasta. Taulukossa on esitetty joitakin Peltier-kertoimen arvoja eri metallipareille.
| Peltier-kerroinarvot eri metallipareille | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Rauta-konstantaani | Kupari-nikkeli | Lyijy-konstantaani | |||
| T, K | P, mV | T, K | P, mV | T, K | P, mV |
| 273 | 13,0 | 292 | 8,0 | 293 | 8,7 |
| 299 | 15,0 | 328 | 9,0 | 383 | 11,8 |
| 403 | 19,0 | 478 | 10,3 | 508 | 16,0 |
| 513 | 26,0 | 563 | 8,6 | 578 | 18,7 |
| 593 | 34,0 | 613 | 8,0 | 633 | 20,6 |
| 833 | 52,0 | 718 | 10,0 | 713 | 23,4 |
Peltier-kerrointa, joka on materiaalien tärkeä tekninen ominaisuus, ei yleensä mitata, vaan se lasketaan Thomson-kertoimella:
P = a T
missä P on Peltier-kerroin, a on Thomson-kerroin, T on absoluuttinen lämpötila.
Peltier-ilmiön löytämisellä oli suuri vaikutus fysiikan myöhempään kehitykseen ja sen jälkeen eri tekniikan aloihin.
Avoimen vaikutuksen olemus on siis seuraava: kun sähkövirta kulkee kahden eri materiaalista valmistetun johtimen koskettimen läpi, sen suunnasta riippuen, Joulen lämmön lisäksi vapautuu tai imeytyy lisälämpöä, jota kutsutaan Peltieriksi. lämpöä. Tämän vaikutuksen ilmenemisaste riippuu pitkälti valittujen johtimien materiaaleista ja käytetyistä sähkömuodoista.
Klassinen teoria selittää Peltier-ilmiön sillä, että metallien välisen sisäisen kosketuspotentiaalin eron vaikutuksesta virran vaikutuksesta toiseen metalliin siirtyviä elektroneja kiihdyttää tai hidastaa. Ensimmäisessä tapauksessa elektronien kineettinen energia kasvaa ja vapautuu sitten lämpönä. Toisessa tapauksessa elektronien kineettinen energia pienenee, ja tämä energiahäviö täydentyy toisen johtimen atomien lämpövärähtelyjen vuoksi. Seurauksena tapahtuu jäähdytystä. Täydellisempi teoria ei ota huomioon potentiaalienergian muutosta, kun elektroni siirtyy metallista toiseen, vaan kokonaisenergian muutosta.
Peltier-ilmiö havaitaan voimakkaimmin käytettäessä p- ja n-tyypin puolijohteita. Riippuen erityyppisten puolijohteiden - p-n- ja n-p-liitosten - kosketuksissa kulkevan sähkövirran suunnasta elektronien (n) ja reikien (p) edustamien varausten vuorovaikutuksesta ja niiden rekombinaatiosta johtuen energia joko absorboituu tai vapautettu. Näiden vuorovaikutusten ja syntyneiden energiaprosessien seurauksena lämpö joko imeytyy tai vapautuu. P- ja n-tyypin puolijohteiden käyttö lämpösähköisissä jääkaapeissa on esitetty kuvassa. 2.
Riisi. 2. P- ja n-tyypin puolijohteiden käyttö lämpösähköisissä jääkaapeissa.
Yhdistämällä suuren määrän p- ja n-tyypin puolijohdepareja on mahdollista luoda jäähdytyselementtejä - suhteellisen suuritehoisia Peltier-moduuleja. Puolijohteisen lämpösähköisen Peltier-moduulin rakenne on esitetty kuvassa. 3.
Riisi. 3. Peltier-moduulin rakenne
Peltier-moduuli on lämpösähköinen jääkaappi, joka koostuu p- ja n-tyypin puolijohteista, jotka on kytketty sarjaan muodostaen p-n- ja n-p-liitoksia. Jokaisella näistä liitoksista on lämpökosketus jompaankumpaan kahdesta säteilijästä. Tietyn napaisuuden sähkövirran kulkemisen seurauksena Peltier-moduulin lämpöpatterien välille muodostuu lämpötilaero: yksi patteri toimii kuin jääkaappi, toinen lämpöpatteri lämpenee ja toimii lämmön poistajana. Kuvassa Kuvassa 4 on esitetty tyypillisen Peltier-moduulin ulkonäkö.
Riisi. 4. Peltier-moduulin ulkonäkö
Tyypillinen moduuli tarjoaa merkittävän useiden kymmenien asteiden lämpötilaeron. Lämmityspatterin asianmukaisella pakotetulla jäähdytyksellä toinen patteri - jääkaappi - mahdollistaa negatiivisten lämpötilojen saavuttamisen. Lämpötilaeron lisäämiseksi on mahdollista kytkeä Peltier-termosähköiset moduulit päälle ja samalla varmistaa riittävä jäähdytys. Tämä mahdollistaa suhteellisen yksinkertaisin keinoin huomattavan lämpötilaeron saavuttamisen ja suojattujen elementtien tehokkaan jäähdytyksen varmistamisen. Kuvassa Kuvassa 5 on esimerkki tavallisten Peltier-moduulien kaskadiliitännästä.
Riisi. 5. Esimerkki Peltier-moduulien kaskadiliitännästä
Peltier-moduuleisiin perustuvia jäähdytyslaitteita kutsutaan usein aktiivisiksi Peltier-jääkaapeiksi tai yksinkertaisesti Peltier-jäähdyttimiksi.
Peltier-moduulien käyttö aktiivisissa jäähdyttimissä tekee niistä huomattavasti tehokkaampia verrattuna perinteisiin pattereihin ja puhaltimiin perustuviin standardityyppeihin. Peltier-moduuleilla varustettuja jäähdyttimiä suunniteltaessa ja käytettäessä on kuitenkin tarpeen ottaa huomioon useita erityispiirteitä, jotka johtuvat moduulien suunnittelusta, toimintaperiaatteesta, nykyaikaisen tietokonelaitteiston arkkitehtuurista sekä järjestelmän toimivuudesta ja toimivuudesta. sovellusohjelma.
Peltier-moduulin teholla on suuri merkitys, joka yleensä riippuu sen koosta. Pienitehoinen moduuli ei tarjoa vaadittua jäähdytystasoa, mikä voi johtaa suojatun elektronisen elementin, esimerkiksi prosessorin, toimintahäiriöön sen ylikuumenemisen vuoksi. Liian suuritehoisten moduulien käyttö voi kuitenkin saada jäähdytyspatterin lämpötilan laskemaan ilman kosteuden tiivistymisen tasolle, mikä on vaarallista elektronisille piireille. Tämä johtuu siitä, että kondensoitumisen kautta jatkuvasti muodostuva vesi voi aiheuttaa oikosulkuja tietokoneen elektronisissa piireissä. Tässä on syytä muistaa, että nykyaikaisten piirilevyjen virtaa kuljettavien johtimien välinen etäisyys on usein millimetrin murto-osia. Kaikesta huolimatta tehokkaat Peltier-moduulit osana korkean suorituskyvyn jäähdyttimiä ja vastaavat lisäjäähdytys- ja ilmanvaihtojärjestelmät mahdollistivat KryoTechin ja AMD:n yhteisessä tutkimuksessa ylikellottaa perinteisellä tekniikalla luodut AMD-prosessorit yli 1:n taajuuksille. GHz , eli lisäävät niiden toimintataajuutta lähes 2 kertaa normaaliin toimintatapaan verrattuna. Ja on korostettava, että tämä suoritustaso saavutettiin varmistaen samalla prosessorin toiminnan tarvittava vakaus ja luotettavuus pakotetuissa tiloissa. No, tällaisen äärimmäisen ylikellotuksen tulos oli suorituskykyennätys prosessorien joukossa 80x86-arkkitehtuurilla ja ohjejärjestelmällä. Ja yritys KryoTech on ansainnut paljon rahaa tarjoamalla jäähdytysyksiköitään markkinoille. Asianmukaisilla elektronisilla komponenteilla varustetut ne osoittautuivat kysytyiksi alustoiksi korkean suorituskyvyn palvelimiin ja työasemiin. Ja AMD sai vahvistuksen tuotteidensa korkeasta tasosta ja runsaasta kokeellisesta materiaalista prosessorien arkkitehtuurin edelleen parantamiseksi. Muuten, samanlaisia tutkimuksia suoritettiin Intel Celeron-, Pentium II-, Pentium III -prosessoreilla, minkä seurauksena myös suorituskyky parani merkittävästi.
On huomattava, että Peltier-moduulit lähettävät suhteellisen paljon lämpöä käytön aikana. Tästä syystä sinun tulee käyttää tehokkaan tuulettimen lisäksi jäähdyttimen osana myös toimenpiteitä tietokoneen kotelon lämpötilan alentamiseksi muiden tietokoneen osien ylikuumenemisen estämiseksi. Tätä varten on suositeltavaa käyttää lisätuulettimia tietokoneen kotelossa, jotta varmistetaan parempi lämmönvaihto kotelon ulkopuolella olevan ympäristön kanssa.
Kuvassa Kuvassa 6 on esitetty Peltier-puolijohdemoduulia käyttävän aktiivisen jäähdyttimen ulkonäkö.
Riisi. 6. Peltier-moduulilla varustetun jäähdyttimen ulkonäkö
On huomattava, että Peltier-moduuleisiin perustuvia jäähdytysjärjestelmiä ei käytetä vain elektronisissa järjestelmissä, kuten tietokoneissa. Tällaisia moduuleja käytetään erilaisten erittäin tarkkojen laitteiden jäähdyttämiseen. Peltier-moduuleilla on suuri merkitys tieteelle. Ensinnäkin tämä koskee fysiikan, kemian ja biologian kokeellista tutkimusta.
Tietoa Peltier-moduuleista ja -jääkaapeista sekä niiden käytön ominaisuuksista ja tuloksista löytyy Internet-sivuilta esimerkiksi seuraavista osoitteista:
Toiminnan ominaisuudet
Elektroniikkakomponenttien jäähdytyskomponentteina käytetyille Peltier-moduuleille on ominaista suhteellisen korkea luotettavuus, ja toisin kuin perinteisellä tekniikalla valmistetuissa jääkaapeissa, niissä ei ole liikkuvia osia. Ja, kuten edellä todettiin, niiden toiminnan tehokkuuden lisäämiseksi ne mahdollistavat kaskadikäytön, mikä mahdollistaa suojattujen elektroniikkaelementtien koteloiden lämpötilan nostamisen negatiivisiksi arvoiksi, jopa niiden merkittävällä hajotusteholla.
Ilmeisten etujen lisäksi Peltier-moduuleilla on kuitenkin myös joukko erityisiä ominaisuuksia ja ominaisuuksia, jotka on otettava huomioon käytettäessä niitä osana jäähdytysnesteitä. Jotkut niistä on jo todettu, mutta Peltier-moduulien oikea käyttö edellyttävät tarkempaa harkintaa. Tärkeimpiä ominaisuuksia ovat seuraavat käyttöominaisuudet:
- Peltier-moduulit, jotka tuottavat käytön aikana paljon lämpöä, vaativat jäähdyttimessä sopivia lämpöpattereita ja puhaltimia, jotka voivat tehokkaasti poistaa ylimääräisen lämmön jäähdytysmoduuleista. On huomattava, että lämpösähkömoduuleille on ominaista suhteellisen alhainen suorituskykykerroin (hyötysuhde) ja lämpöpumpun toiminnot suorittaessaan ne ovat itse tehokkaita lämmönlähteitä. Näiden moduulien käyttö osana tietokoneen elektronisten komponenttien jäähdytysvälineitä aiheuttaa merkittävän lämpötilan nousun järjestelmäyksikön sisällä, mikä vaatii usein lisätoimenpiteitä ja keinoja tietokoneen kotelon sisällä olevan lämpötilan alentamiseksi. Muuten kohonnut lämpötila kotelon sisällä aiheuttaa toimintavaikeuksia paitsi suojatuille elementeille ja niiden jäähdytysjärjestelmille, myös muille tietokoneen komponenteille. On myös syytä korostaa, että Peltier-moduulit ovat suhteellisen voimakas lisäkuormitus teholähteelle. Peltier-moduulien virrankulutus huomioon ottaen tietokoneen virtalähteen tehon tulee olla vähintään 250 W. Kaikki tämä johtaa siihen, että on suositeltavaa valita ATX-emolevyt ja -kotelot, joissa on riittävän tehoiset virtalähteet. Tämän rakenteen käyttö helpottaa tietokoneen osien organisoimaan optimaaliset lämpö- ja sähköolosuhteet. On huomattava, että Peltier-jääkaappeja on omalla virtalähteellä.
- Peltier-moduuli eristää jäähdytetyn elementin vikatilanteessa jäähdyttimen jäähdyttimestä. Tämä johtaa erittäin nopeaan suojatun elementin lämpötilan häiriintymiseen ja sen nopeaan epäonnistumiseen myöhemmästä ylikuumenemisesta.
- Matalat lämpötilat, joita esiintyy Peltier-jääkaappien käytön aikana liiallisella teholla, edistävät kosteuden tiivistymistä ilmasta. Tämä aiheuttaa riskin elektronisille komponenteille, koska kondensaatio voi aiheuttaa oikosulkuja komponenttien välillä. Tämän vaaran poistamiseksi on suositeltavaa käyttää Peltier-jääkaappeja, joiden teho on optimaalinen. Se, tapahtuuko kondensaatiota vai ei, riippuu useista parametreista. Tärkeimmät ovat: ympäristön lämpötila (tässä tapauksessa ilman lämpötila kotelon sisällä), jäähdytetyn kohteen lämpötila ja ilman kosteus. Mitä lämpimämpi ilma on kotelon sisällä ja mitä korkeampi kosteus, sitä todennäköisemmin kosteuden tiivistyminen tapahtuu ja sitä seuranneen tietokoneen elektronisten komponenttien vikaantuminen. Alla on taulukko, joka havainnollistaa kosteuden tiivistymisen lämpötilan riippuvuutta jäähdytetystä esineestä kosteudesta ja ympäristön lämpötilasta riippuen. Tämän taulukon avulla voit helposti määrittää, onko kondensoitumisvaara vai ei. Esimerkiksi jos ulkolämpötila on 25°C ja kosteus 65 %, kosteuden tiivistymistä jäähtyneelle esineelle tapahtuu, kun sen pintalämpötila on alle 18°C.
Kosteuden tiivistymislämpötila
| Kosteus, % | |||||||||
| Lämpötila ympäristö, °C |
30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 |
| 30 | 11 | 13 | 15 | 17 | 18 | 20 | 21 | 23 | 24 |
| 29 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 19 | 20 | 22 | 23 |
| 28 | 9 | 11 | 13 | 15 | 17 | 18 | 20 | 21 | 22 |
| 27 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 17 | 19 | 20 | 21 |
| 26 | 7 | 9 | 11 | 13 | 15 | 16 | 18 | 19 | 20 |
| 25 | 6 | 9 | 11 | 12 | 14 | 15 | 17 | 18 | 19 |
| 24 | 5 | 8 | 10 | 11 | 13 | 14 | 16 | 17 | 18 |
| 23 | 5 | 7 | 9 | 10 | 12 | 14 | 15 | 16 | 17 |
| 22 | 4 | 6 | 8 | 10 | 11 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 21 | 3 | 5 | 7 | 9 | 10 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 20 | 2 | 4 | 6 | 8 | 9 | 11 | 12 | 13 | 14 |
Näiden ominaisuuksien lisäksi on tarpeen ottaa huomioon useita erityisolosuhteita, jotka liittyvät Peltier-termosähköisten moduulien käyttöön osana jäähdyttimiä, joita käytetään tehokkaiden tietokoneiden korkean suorituskyvyn keskusprosessorien jäähdyttämiseen.
Nykyaikaisten prosessorien ja joidenkin järjestelmäohjelmien arkkitehtuuri mahdollistaa muutoksia virrankulutuksessa prosessorien kuormituksesta riippuen. Näin voit optimoida niiden energiankulutuksen. Muuten, tämä on säädetty myös energiansäästöstandardeista, joita tukevat tietyt nykyaikaisten tietokoneiden laitteistoihin ja ohjelmistoihin sisäänrakennetut toiminnot. Normaaleissa olosuhteissa prosessorin toiminnan ja sen virrankulutuksen optimointi vaikuttaa myönteisesti sekä itse prosessorin lämpötilaan että yleiseen lämpötasapainoon. On kuitenkin huomattava, että tilat, joissa virrankulutus muuttuu säännöllisesti, eivät välttämättä ole yhteensopivia Peltier-moduuleita käyttävien prosessorien jäähdytyslaitteiden kanssa. Tämä johtuu siitä, että nykyiset Peltier-jääkaapit on yleensä suunniteltu jatkuvaan käyttöön. Tältä osin yksinkertaisimpia Peltier-jääkaappeja, joissa ei ole ohjauslaitteita, ei suositella käytettäväksi jäähdytysohjelmien, kuten esimerkiksi CpuIdlen, sekä Windows NT/2000- tai Linux-käyttöjärjestelmien kanssa.
Jos prosessori siirtyy pienennetyn virrankulutuksen ja vastaavasti lämmön haihtumisen tilaan, prosessorin kotelon ja kiteen lämpötilan merkittävä lasku on mahdollista. Prosessorin ytimen ylijäähdytys voi joissakin tapauksissa aiheuttaa sen toiminnan tilapäisen pysähtymisen ja sen seurauksena tietokoneen pysyvän jäätymisen. On muistettava, että Intel-dokumentaation mukaan minimilämpötila, jossa sarja Pentium II- ja Pentium III -suorittimien oikea toiminta taataan, on yleensä +5 °C, vaikka, kuten käytäntö osoittaa, ne toimivat hyvin alhaisissa lämpötiloissa.
Joitakin ongelmia voi syntyä myös useiden sisäänrakennettujen toimintojen, esimerkiksi jäähdyttimen tuulettimia ohjaavien, toiminnasta. Erityisesti prosessorin virranhallintatilat joissakin tietokonejärjestelmissä sisältävät tuulettimien nopeuden muuttamisen emolevyn sisäänrakennetun laitteiston avulla. Normaaleissa olosuhteissa tämä parantaa merkittävästi tietokoneen prosessorin lämpötehoa. Yksinkertaisimpia Peltier-jääkaappeja käytettäessä pyörimisnopeuden aleneminen voi kuitenkin johtaa lämpötilan heikkenemiseen ja prosessorille kohtalokkaaseen tulokseen, koska se ylikuumenee toimivan Peltier-moduulin toimesta, mikä sen lisäksi lämpöpumpun toiminnot, on tehokas lisälämmönlähde.
On huomattava, että kuten tietokoneiden keskusprosessorien tapauksessa, Peltier-jääkaapit voivat olla hyvä vaihtoehto perinteisille videopiirisarjojen jäähdytysmenetelmille, joita käytetään nykyaikaisissa korkean suorituskyvyn videosovittimissa. Tällaisten videopiirisarjojen toimintaan liittyy merkittävää lämmöntuotantoa, eivätkä ne yleensä ole alttiina äkillisille muutoksille niiden toimintatiloissa.
Välttääksesi muuttuvien virrankulutustilojen ongelmat, jotka aiheuttavat kosteuden tiivistymistä ilmasta ja mahdollista hypotermiaa ja joissakin tapauksissa jopa suojattujen elementtien, kuten tietokoneen prosessorien, ylikuumenemista, sinun tulee välttää tällaisten tilojen ja useiden sisäänrakennettujen toimintojen käyttöä. Vaihtoehtona voidaan kuitenkin käyttää jäähdytysjärjestelmiä, jotka tarjoavat älykkäitä ohjauksia Peltier-jääkaapeille. Tällaiset työkalut voivat ohjata puhaltimien toiminnan lisäksi myös itse aktiivisten jäähdyttimien osana käytettävien lämpösähköisten moduulien toimintatapoja.
On raportoitu kokeiluja miniatyyri Peltier-moduulien upottamisesta suoraan prosessorisiruihin niiden kriittisimpien rakenteiden jäähdyttämiseksi. Tämä ratkaisu edistää parempaa jäähdytystä vähentämällä lämpövastusta ja voi merkittävästi lisätä prosessorien toimintataajuutta ja suorituskykyä.
Monet tutkimuslaboratoriot tekevät työtä järjestelmien parantamiseksi elektronisten elementtien optimaalisten lämpötilaolosuhteiden varmistamiseksi. Peltier-termosähköisiä moduuleja käyttäviä jäähdytysjärjestelmiä pidetään erittäin lupaavina.
Esimerkkejä Peltier-jääkaapeista
Suhteellisen äskettäin kotimaisia Peltier-moduuleja ilmestyi tietokonemarkkinoille. Nämä ovat yksinkertaisia, luotettavia ja suhteellisen halpoja (7–15 dollaria) laitteita. Tyypillisesti jäähdytystuuletin ei sisälly toimitukseen. Siitä huolimatta tällaisten moduulien avulla voit paitsi tutustua lupaaviin jäähdytysvälineisiin, myös käyttää niitä aiottuun tarkoitukseen tietokonekomponenttien suojajärjestelmissä. Tässä on lyhyet parametrit yhdestä näytteestä.
Moduulin koko (kuva 7) - 40x40 mm, maksimivirta - 6 A, maksimijännite - 15 V, virrankulutus - jopa 85 W, lämpötilaero - yli 60 °C. Tehokkaan tuulettimen ansiosta moduuli pystyy suojaamaan prosessoria jopa 40 W:n tehohäviöllä.
Riisi. 7. Jääkaapin PAP2X3B ulkonäkö
Kotimaisista Peltier-moduuleista on markkinoilla sekä vähemmän että tehokkaampia versioita.
Ulkomaisten laitteiden valikoima on paljon laajempi. Alla on esimerkkejä jääkaapeista, joiden suunnittelussa on käytetty Peltier-lämpösähkömoduuleja.
Active Peltier jääkaapit merkiltä Computernerd
| Nimi | Valmistaja/toimittaja | Tuulettimen parametrit | prosessori |
| PAX56B | tietokonenörtti | kuulalaakeri | Pentium/MMX jopa 200 MHz, 25 W |
| PA6EXB | tietokonenörtti | kaksoiskuulalaakeri, kierroslukumittari | Pentium MMX jopa 40 W |
| DT-P54A | DesTech-ratkaisut | kaksoiskuulalaakeri | Pentium |
| AC-P2 | AOC jäähdytin | kuulalaakeri | Pentium II |
| PAP2X3B | tietokonenörtti | 3 kuulalaakeri | Pentium II |
| STEP-UP-53X2 | Vaihe termodynamiikka | 2 kuulalaakeri | Pentium II, Celeron |
| PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier |
tietokonenörtti | 3 kuulalaakeri, kierroslukumittari | Pentium II, Celeron |
| PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier |
tietokonenörtti | 3 kuulalaakeri, kierroslukumittari | Pentium II, Celeron |
| PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier | tietokonenörtti | 3 kuulalaakeri, kierroslukumittari | Pentium II, Celeron |
PAX56B-jääkaappi on suunniteltu jäähdyttämään Intelin, Cyrixin ja AMD:n Pentium- ja Pentium-MMX-prosessoreja, jotka toimivat jopa 200 MHz:n taajuuksilla. 30x30 mm:n lämpösähkömoduuli mahdollistaa jääkaapin prosessorin lämpötilan ylläpitämisen alle 63 °C:ssa 25 W:n tehohäviöllä ja 25 °C:n ulkolämpötilalla. Koska useimmat prosessorit kuluttavat vähemmän tehoa, tämän jäähdyttimen avulla voit pitää prosessorin lämpötilan paljon alhaisempana kuin monet muut patteriin ja tuulettimiin perustuvat jäähdyttimet. PAX56B-jääkaapin Peltier-moduuli saa virtansa 5 V:n lähteestä, joka pystyy tuottamaan enintään 1,5 A. Tämän jääkaapin tuuletin vaatii 12 V jännitteen ja 0,1 A virran (maksimi). PAX56B jääkaapin tuulettimen parametrit: kuulalaakeri, 47,5 mm, 65000 tuntia, 26 dB. Tämän jääkaapin kokonaiskoko on 25x25x28,7 mm. PAX56B-jääkaapin arvioitu hinta on 35 dollaria. Ilmoitettu hinta on annettu yhtiön vuoden 2000 puolivälin hinnaston mukaisesti.
PA6EXB-jääkaappi on suunniteltu jäähdyttämään tehokkaampia Pentium-MMX-prosessoreja, jotka haihduttavat tehoa jopa 40 W:iin. Tämä jääkaappi sopii kaikille Intelin, Cyrixin ja AMD:n prosessoreille, jotka on kytketty Socket 5:n tai Socket 7:n kautta. PA6EXB-jääkaapin mukana tuleva Peltier-lämpösähkömoduuli on kooltaan 40x40 mm ja kuluttaa maksimivirtaa 8 A (yleensä 3 A) 5 B:n jännitteellä kytkemällä tavallisen tietokoneen virtaliittimen kautta. PA6EXB jääkaapin kokonaiskoko on 60x60x52,5 mm. Jääkaapin asennuksen yhteydessä jäähdyttimen ja ympäristön välisen hyvän lämmönvaihdon varmistamiseksi jääkaapin ympärille on jätettävä vähintään 10 mm ylhäältä ja 2,5 mm sivuilta avoin tila. PA6EXB-jääkaapin prosessorilämpötila on 62,7 °C, tehohäviö 40 W ja ulkolämpötila 45 °C. Ottaen huomioon tähän jääkaappiin sisältyvän lämpösähköisen moduulin toimintaperiaatteen, kosteuden tiivistymisen ja oikosulkujen välttämiseksi on vältettävä käyttämästä ohjelmia, jotka asettavat prosessorin lepotilaan pitkäksi aikaa. Tällaisen jääkaapin likimääräinen hinta on 65 dollaria. Ilmoitettu hinta on annettu yhtiön vuoden 2000 puolivälin hinnaston mukaisesti.
DT-P54A-jääkaappi (tunnetaan myös nimellä Computernerd's PA5B) on suunniteltu Pentium-prosessoreille. Jotkut näitä jääkaappeja markkinoilla tarjoavat yritykset kuitenkin suosittelevat sitä myös Cyrix/IBM 6x86- ja AMD K6 -käyttäjille. Jääkaapin jäähdytin on melko pieni. Sen mitat ovat 29 x 29 mm. Jääkaapissa on sisäänrakennettu lämpötila-anturi, joka ilmoittaa tarvittaessa ylikuumenemisesta. Se ohjaa myös Peltier-elementtiä. Sarja sisältää ulkoisen valvontalaitteen. Se suorittaa itse Peltier-elementin jännitteen ja toiminnan, tuulettimen toiminnan sekä prosessorin lämpötilan valvontatoiminnot. Laite antaa hälytyksen, jos Peltier-elementti tai tuuletin epäonnistuu, jos tuuletin pyörii alle 70 % vaaditusta nopeudesta (4500 RPM) tai jos prosessorin lämpötila nousee yli 63 °C:n. Jos prosessorin lämpötila nousee yli 100 °F (38 °C), Peltier-elementti kytkeytyy automaattisesti päälle, muuten se on sammutustilassa. Jälkimmäinen toiminto poistaa kosteuden tiivistymiseen liittyvät ongelmat. Valitettavasti itse elementti on liimattu patteriin niin tiukasti, että sitä on mahdotonta erottaa rikkomatta sen rakennetta. Tämä tekee mahdottomaksi asentaa sitä toiseen, tehokkaampaan jäähdyttimeen. Mitä tulee tuulettimeen, sen suunnittelulle on ominaista korkea luotettavuus ja sillä on korkeat parametrit: syöttöjännite - 12 V, pyörimisnopeus - 4500 RPM, ilmansyöttönopeus - 6,0 CFM, virrankulutus - 1 W, meluominaisuudet - 30 dB. Tämä jääkaappi on varsin tehokas ja hyödyllinen ylikellotukseen. Joissakin prosessorin ylikellotustapauksissa kannattaa kuitenkin käyttää suurta jäähdytintä ja hyvää jäähdytintä. Tämän jääkaapin hinta on 39–49 dollaria. Ilmoitettu hinta on annettu useiden yritysten hinnaston mukaisesti vuoden 2000 puolivälistä.
AC-P2 jääkaappi on suunniteltu Pentium II -prosessoreille. Sarja sisältää 60 mm jäähdyttimen, jäähdyttimen ja 40 mm Peltier-elementin. Ei sovellu Pentium II -prosessoreille 400 MHz ja sitä suuremmille, koska SRAM-muistisiruja ei käytännössä jäähdytetä. Arvioitu hinta vuoden 2000 puolivälissä on 59 dollaria.
Jääkaappi PAP2X3B (kuva 8) on samanlainen kuin AOC AC-P2. Se lisää kaksi 60 mm jäähdytintä. SRAM-muistin jäähdytysongelmat ovat edelleen ratkaisematta. On syytä huomata, että jääkaappia ei suositella käytettäväksi jäähdytysohjelmien, kuten esimerkiksi CpuIdlen, sekä Windows NT- tai Linux-käyttöjärjestelmien kanssa, koska kosteuden tiivistyminen prosessoriin on todennäköistä. Arvioitu hinta vuoden 2000 puolivälissä on 79 dollaria.
Riisi. 8. Jääkaapin PAP2X3B ulkonäkö
STEP-UP-53X2 jääkaappi on varustettu kahdella tuulettimella, jotka pumppaavat suuren määrän ilmaa jäähdyttimen läpi. Arvioitu hinta vuoden 2000 puolivälissä - 79 dollaria (Pentium II), 69 dollaria (Celeron).
Computernerdin Bcool-sarjan jääkaapit (PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier, PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier, PAP2CX3B-10S, BCool-EST PC-Peltier) on suunniteltu Pentium II- ja Celeron-prosessoreille ja niillä on samankaltaiset ominaisuudet kuin esitetään. seuraavassa taulukossa.
BCool sarjan jääkaapit
| Tuote | PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier |
PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier |
PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier |
|||||||
| Suositellut prosessorit | Pentium II ja Celeron | |||||||||
| Fanien määrä | 3 | |||||||||
| Keskustuulettimen tyyppi | Kuulalaakeri, kierroslukumittari (12 V, 120 mA) | |||||||||
| Keskituulettimen koko | 60x60x10 mm | |||||||||
| Ulkoinen tuulettimen tyyppi | Kuulalaakeri | Kuulalaakeri, kierroslukumittari | Kuulalaakeri, termisteri | |||||||
| Ulkoisen tuulettimen koko | 60x60x10 mm | 60x60x25 mm | ||||||||
| Jännite, virta | 12 V, 90 mA | 12 V, 130 mA | 12 V, 80-225 mA | |||||||
| Tuulettimen koko peittoalue | 84,9 cm 2 | |||||||||
| Puhaltimien kokonaisvirta (teho) | 300 mA (3,6 W) |
380 mA (4,56 W) |
280-570 mA (3,36-6,84 W) |
|||||||
| Jäähdytyslevyn tappien lukumäärä (keskellä) | 63 pitkä ja 72 lyhyt | |||||||||
| Jäähdytyslevyn tappien lukumäärä (jokainen reuna) | 45 pitkä ja 18 lyhyt | |||||||||
| Jäähdytyslevyn tappien kokonaismäärä | 153 pitkä ja 108 lyhyt | |||||||||
| Jäähdyttimen mitat (keskellä) | 57x59x27 mm (sisältäen lämpösähkömoduulin) | |||||||||
| Jäähdyttimen mitat (jokainen reuna) | 41x59x32 mm | |||||||||
| Yleiset jäähdyttimen mitat | 145x59x38 mm (sisältää lämpösähkömoduulin) | |||||||||
| Jääkaapin yleismitat | 145x60x50 mm | 145x60x65 mm | ||||||||
| Jääkaapin paino | 357 grammaa | 416 grammaa | 422 grammaa | |||||||
| Takuu | 5 vuotta | |||||||||
| Arvioitu hinta (2000) | $74.95 | $79.95 | $84.95 | |||||||
On huomattava, että BCool-jääkaappiryhmään tulee myös laitteita, joilla on samanlaiset ominaisuudet, mutta joissa ei ole Peltier-elementtejä. Tällaiset jääkaapit ovat luonnollisesti halvempia, mutta myös vähemmän tehokkaita tietokoneen osien jäähdytysvälineenä.
Tätä artikkelia valmisteltaessa käytettiin kirjan "PC: Asetukset, optimointi ja ylikellotus" materiaaleja. 2. painos, tarkistettu. ja muut, - Pietari: BHV - Petersburg. 2000. - 336 s.
