اثر پلیتر

در سال 1821 ، دانشمند آلمانی توماس سیبک آزمایش های زیادی در زمینه برق انجام داد. وی دریافت که جریان الکتریکی از طریق مدار متشکل از دو هادی متفاوت خواهد بود ، مشروط بر اینکه اتصالات محل اتصال این هادی ها در دماهای مختلف حفظ شود. با این حال ، سیبک نتوانست دلیل علمی واقعی این پدیده را توضیح دهد و به اشتباه نتیجه گرفت که گرمای جاری همان تأثیر جریان برق را تولید می کند.

بعداً ، در سال 1834 ، ژان پلتیر ، ساعت ساز فرانسوی و فیزیکدان پاره وقت ، ضمن تجزیه و تحلیل اثر سیبک ، خاطرنشان کرد که ، گرما می تواند در یک محل اتصال فلزات غیر متفاوت جذب شود و در محل اتصال دیگر در همان مدار تخلیه شود. بیست سال پس از این ، ویلیام تامسون (لرد کلوین) توانست به طور علمی هر دو ، اثرات سیبک و پلیتر را توضیح دهد و رابطه بین آنها را اثبات کند.

با این حال ، همانطور که ممکن است جالب باشد ، در آن زمان ، این پدیده چیزی جز آزمایش آزمایشگاهی صرف نبود. سپس ، در سال 1930 ، هنگامی که دانشمندان روسی دوباره تحقیق در مورد کارهای قبلی در مورد اثر ترموالکتریک را آغاز کردند ، بار دیگر علاقه جهانیان به این پدیده کم رنگ شد ، که منجر به توسعه دستگاههای حرارتی عملی شد. گفته می شود که اثر پلیتر معکوس اثر سیبک است. بنابراین ، برای اینکه بتوانیم درک کنیم چگونه اثر پلیتر کار می کند ، اجازه دهید ابتدا اثر سیبک را بررسی کنیم.

اثر سیبک

اثر سیبک پدیده ای است که در آن یک گرادیان دما بین دو اتصال ایجاد شده توسط دو هادی الکتریکی متفاوت یا نیمه هادی ها اتفاق می افتد و باعث ایجاد اختلاف بالقوه بین آنها می شود. این اختلاف بالقوه اجازه می دهد جریان الکتریکی از طریق مدار جریان یابد.

بنابراین ، اثر سیبک بیان می کند که ، گرادیان دما باعث می شود جریان الکتریکی از طریق یک مدار جریان یابد. از نظر ریاضی ، اگر (T1 – T2) اختلاف درجه حرارت بین دو اتصال فلزات متفاوت است ، پس با توجه به اثر سیبک ، یک نیروی الکتروموتور (ولتاژ) تولید می کند که به شرح زیر است:

(E = α (T1 – T2

توجه: α ضریب دیفرانسیل سیبک یا (ضریب توان حرارتی الکتریکی) بین دو هادی / نیمه هادی است. وقتی جهت جریان الکتریکی همان جهت جریان حرارتی باشد مثبت است.

اثر پلیتر بیان می کند ، هنگامی که یک جریان الکتریکی از طریق مدار متشکل از هادی های غیر متفاوت جریان می یابد ، انرژی حرارتی از یک محل اتصال جذب می شود و در دیگری تخلیه می شود و باعث می شود که کولر سابق و دومی داغ تر شوند. بنابراین ، یک گرادیان حرارتی از جریان جاری ایجاد می شود و باعث می شود اثر پلتیر معکوس اثر سیبک شود. اگر QC میزان خنک کننده در وات باشد و QH میزان گرمایش در وات است ، جریان موجود در مدار بسته است.

QC or QC = β x I

توجه: β ضریب دیفرانسیل پلیتر بین دو ماده A و B در ولت است.

با استفاده از تنظیمات زیر می توانید اثر پلیتر را به صورت آزمایشی تأیید کنید:

همانطور که نشان داده شده است ، دو قطعه سیم مسی به دو پایانه یک باتری وصل می شود. این دو قطعه سپس به کمک یک سیم بیسموت بهم وصل می شوند که نصب را کامل می کند. مشاهده شده است که هنگامی که مدار بسته است ، همانطور که در بالا توضیح داده شد ، گرادیان دما همانطور که توسط اثر پلیتر پیش بینی شده است ، ایجاد می شود.

در محل اتصال که جریان از مس به بیسموت عبور می کند ، درجه حرارت بالا می رود ، در حالی که در محل اتصال که جریان از بیسموت به مس منتقل می شود ، دما افت می کند.

اثر پلیتر چگونه کار می کند؟

اثر پلیتر به این دلیل رخ می دهد که ، میانگین انرژی الکترون های درگیر در انتقال جریان الکتریکی برای رساناهای مختلف متفاوت است. این به عوامل مختلفی وابسته است ، از جمله طیف انرژی الکترون ها ، غلظت آنها در رسانا و پراکندگی آنها تحت تأثیر ولتاژ کاربردی. در محل اتصال دو هادی متفاوت ، الکترون ها از یک هادی به دیگری عبور می کنند.

بسته به نوع جریان بار الکتریکی ، این الکترون ها انرژی اضافی خود را به اتمهای اطراف منتقل می کنند ، یا انرژی را از آنها جذب می کنند. به این ترتیب ، در گذشته ، گرما از بین می رود ، در حالی که در حالت دوم ، جذب می شود.

مزایای اثر پلیتر

1) مزیت اصلی تأثیر پلیتر این است که به ما امکان می دهد دستگاه های خنک کننده / گرمایشی بسازیم که هیچ قسمت متحرک نداشته باشد ، بنابراین به احتمال زیاد در مقایسه با کولرهای معمولی و بخاری های معمولی از بین می روند. آنها تقریباً نیاز به نگهداری ندارند.

2) دستگاه های پلیتر در عملکرد خود خاموش هستند و از لحاظ تئوری می توانند درجه حرارت کم -80- درجه سانتیگراد (-176 -F) را بدست آورند.

3) اثر پلیتر می تواند به طور موثری در سطح میکروسکوپی به کار رود ، جایی که روش های خنک کننده معمولی کار نمی کند.

Drawbacks of Peltier Effect

1) مهمترین نقطه ضعف اثر پلیتر این است که ، ناکارآمد است. جریان جاری خود گرایش زیادی به گرما می بخشد ، که به اتلاف گرمای کلی اضافه می شود. در کاربردهای بزرگ ، این باعث گرمای بیش از حد می شود ، که باید از آن مراقبت کرد. به طور معمول ، طرفداران اضافی برای رفع این مشکل مجبور به کار هستند.

2) این اثر همچنین از برق زیادی استفاده می کند که می تواند استفاده از آن را برای برنامه های در مقیاس بزرگ بسیار گران کند.

3) اگر اجزای دستگاه های پلیتر بیش از حد خنک شوند ، می تواند منجر به تراکم شود ، که ممکن است باعث اتصال کوتاه شود.

برنامه های اثر پلیتر

اثر پلیتر برای ساخت دستگاه های پلیتر استفاده می شود. اینها دستگاه هایی با حالت جامد هستند که از این اثر برای خنک کننده یا گرم کردن استفاده می کنند. وسایل مورد استفاده معمولاً شامل بخاری پلیتر ، پمپ حرارتی ، کولر و یخچال فریزر است.

هنگامی که یک جریان مستقیم از طریق دستگاه پلیتر جریان پیدا می کند ، گرما از یک طرف دستگاه به طرف دیگر منتقل می شود و به آن اجازه می دهد تا به عنوان بخاری یا کولر عمل کند. با استفاده از جریان الکتریکی ، تمام دستگاه های پلیتر با انتقال گرما از یک طرف دستگاه به سمت دیگر در برابر گرادیان دما ، به این روش عمل می کنند. موارد زیر چند مورد استفاده از دستگاه های پلیتر است:

1) استخراج آب: از اثر Peltier در فرآیندهای استخراج آب از هوا در دستگاه های ضد آب استفاده می شود.

2) سنتز DNA: یک دوچرخه سوار حرارتی از این اثر برای فرآیند سنتز DNA استفاده می کند.

3) فضاپیماها: از اثر پالتیر در فضاپیماها استفاده می شود تا تأثیرات نور خورشید در هر دو طرف هنر و صنعت تعادل برقرار کند. این ماده در دفع گرما به دلیل تابش مستقیم نور خورشید از یک طرف فضاپیما به طرف دیگر که نور خورشید را دریافت نمی کند ، کمک می کند و بسیار خنک تر است.