Федеральнеагентство з освіти РФ
Брянський державний технічнийуніверситет
Кафедра В«Загальна фізикаВ»
Курсоваробота
Ефект Пельтьє і його застосування
з дисципліни В«ФізикаВ»
Студентка гр. 07-ЕУП 2
Шаповал Н.В.
Керівник
ас. Краюшкіна Є.Ю.
Брянськ 2008
Зміст
ВСТУП
1. Ефект Пельтьє
1.1 Відкриття ефекту Пельтье
1.2 Пояснення ефекту Пельтьє
2. ЗАСТОСУВАННЯ ефект Пельтьє
2.1 Модулі Пельтьє
2.2 Особливості експлуатації модулів Пельтье
2.3 Застосування ефекту Пельтьє
ВИСНОВОК
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
ВСТУП
Наукова думка маєздатністю випереджати час. Відкриття, зроблені вченими, дозволяють майбутнімпоколінням, керуючись ними, створювати покращують життя людини прилади іпристосування; знаходити нові способи захисту його здоров'я і благополуччя. Іявище, відкрите в 1834 році годинникарем Жаном-Шарлем Пельтьє і назване пізнішеВ«Ефектом ПельтьєВ», не стало винятком. Тому ефект, який мав місце впочатку XIX століття, актуальний і зараз.
Можливості йогозастосування необмежені. Безліч лабораторій і дослідницьких центрівзаймаються розробкою способів його застосування, тому що відкриття, зробленефранцузьким ученим, дозволяє зробити життя людини комфортною, барвистою, аблага цивілізації - доступними широкому колу споживачів.
У цій роботіми розглянемо явище Пельтьє і його застосування.
1. Ефект Пельтьє
1.1 Відкриття ефекту Пельтье
Ефект Пельтьє був відкритий французом Жаном-ШарлемПельтьє в 1834 році. При проведенні одного з експериментів він пропускавелектричний струм через смужку вісмуту, з підключеними до неї міднимипровідниками (рис. 1.1.). У ході експерименту він виявив, що одне з'єднаннявісмут-мідь нагрівається, інше - остигає.
Рис. 1.1 - Схема досвіду для вимірювання тепла Пельтьє
Сам Пельтьєне розумів в повній мірі сутність відкритого ним явища. Справжній сенсявища був пізніше пояснений в 1838г. Ленц.
У своєму досвіді Ленцекспериментував з краплею води, вміщеній на стику двох провідників (вісмутуі сурми). При пропущенні струму в одному напрямку крапля води замерзала, а призміні напрямку струму - танула. Тим самим було встановлено, що припроходженні струму через контакт двох провідників в одному напрямку тепловиділяється, в іншому - поглинається. Дане явище було названо ефектомПельтьє .
1.2 Пояснення ефекту Пельтьє
Тепло Пельтьепропорційно силі струму і може бути виражено формулою:
Q п = П В· q
де q - Заряд пройшов через контакт, П - так званий коефіцієнт Пельтье,який залежить від природи контактуючих матеріалів і їх температури.Коефіцієнт Пельтье може бути виражений через коефіцієнт Томпсона:
П = пЃЎT
де a - коефіцієнтТомпсона, Т - абсолютна температура.
Необхідно відзначити, щокоефіцієнт Пельтье знаходиться в істотній залежності від температури.Деякі значення коефіцієнта Пельтьє для різних пар металів представленів таблиці 1.
Таблиця 1
Значення коефіцієнта Пельтьє длярізних пар металів
Залізо-константан
Мідь-Нікель
Свинець-константан
T, К
П, мВ
T, К
П, мВ
T, К
П, мВ
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
Величинавиділюваного тепла Пельтье і його знак залежать від виду контактуючих речовин,сили струму і часу його проходження, тому Qп може бути виражене щеоднією формулою:
dQ п = П12ЧIЧdt.
Тут П12 = П1-П2 - коефіцієнт Пельтьє для даного контакту,пов'язаний з абсолютними коефіцієнтами Пельтьє П1 і П2 контактуючих матеріалів. При цьому вважається, щострум йде від першого зразка до другого. При виділенні тепла Пельтьємаємо: Qп> 0, П12> 0, П1> П2.
При поглинанні теплаПельтьє воно вважається негативним і відповідно: Qп <0, П12 <0, П1 <П2. Очевидно, що П12 =-П21.
Розмірність коефіцієнтаПельтьє [П] СИ = Дж/Кл = В.
Класична теоріяпояснює явище Пельтьє тим, що при переносі електронів струмом з одногометалу в інший, вони прискорюються або сповільнюються внутрішньої контактноїрізницею потенціалів між металами. У разі прискорення кінетична енергіяелектронів збільшується, а потім виділяється у вигляді тепла. У зворотному випадкукінетична енергія зменшується, і енергія поповнюється за рахунок енергіїтеплових коливань атомів другого провідника, таким чином він починаєохолоджуватися. При більш повному розгляді враховується зміна не тількипотенційної, але і повною енергії.
На рис. 1.2. і рис. 1.3.зображена замкнута ланцюг, складена з двох різних напівпровідників ПП1 іПП2 з контактами А і В.
Рис. 1.2 - Виділення тепла Пельтье (контакт А)
Рис. 1.3 - Поглинання тепла Пельтье (контакт А)
Таку ланцюг, прийнятоназивати термоелементом, а її гілки - термоелектродах. Через ланцюг течеструм I, створений зовнішнім джерелом e. Рис. 1.2. ілюструє ситуацію, коли на контакті А (струм тече від ПП1 до ПП2) відбувається виділення тепла Пельтьє Qп (А)> 0,а на контакті В (струм направлений від ПП2 до ПП1) йогопоглинання - Qп (В) <0. У результаті відбувається зміна температур спаїв:ТА> ТВ.
На рис. 1.3. зміназнака джерела змінює напрямок струму на протилежне: від ПП2 до ПП1 наконтакті А і від ПП1 до ПП2 на контакті В.Відповідно змінюється знак тепла Пельтье і співвідношення між температурамиконтактів: Qп (А) <0, ТА <ТВ.
Причина виникненняефекту Пельтьє на контакті напівпровідників з однаковим видом носіїв струму(Два напівпровідника n-типу або два напівпровідника p-типу) така ж, як і ввипадку контакту двох металевих провідників. Носії струму (електрони чи дірки)по різні боки спаю мають різну середню енергію, яка залежить відбагатьох причин: енергетичного спектру, концентрації, механізму розсіянняносіїв заряду. Якщо носії, пройшовши через спай, потрапляють в область зменшою енергією, вони передають надлишок енергії кристалічній решітці, врезультаті чого поблизу контакту відбувається виділення теплоти Пельтьє (Qп> 0)і температура контакту підвищується. При цьому на іншому спае носії, переходячи вобласть з більшою енергією, запозичують відсутню енергію від решітки,відбувається поглинання теплоти Пельтьє (Qп <0) і зниження температури.
Ефект Пельтьє, як і всітермоелектричні яви...
