电制冷的理论基础是固体的热电效应,在无外磁场存在时,它包括五个效应,导热、焦耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应.
1.西伯克(seebeck)效应
有两种不同导体组成的开路中,如果导体的两个结点存在温度差,这开路中将产生电动势E.这就是西伯克效应.由于西伯克效应而产生的电动势称作温差电动势.
材料的西伯克效应的大小,用温差电动势率表示.材料相对于某参考材料的温差电动势率为
(1)
由两种不同材料P、N所组成的电偶,它们的温差电动势率 等于 与 之差,即
(2)
热电制冷中用P型半导体和N型半导体组成电偶.两材料对应的 和 ,一个为负,一个为正.取其绝对值相加,并将 直接简化记作,有
(3)
2.帕尔帖(peltire)效应
电流流过两种不同导体的界面时,将从外界吸收热量,或向外界放出热量.这就是帕尔帖效应.由帕尔帖效应产生的热流量称作帕尔帖热,用符号 表示.
对帕尔帖效应的物理解释是:电荷载体在导体中运动形成电流.由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级,当它从高能级向低能级运动时,便释放出多余的能量;相反,从低能级向高能级运动时,从外界吸收能量.能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出.
材料的帕尔贴效应强弱用它相对于某参考材料的帕尔贴系数 表示
(4)
式中 I ----- 流经导体的电流,A.
类似的,对于P型半导体和N型半导体组成的电偶,其帕尔贴系数 (或简单记作 )有 (5)
帕尔贴效应与西伯克效应都是温差电效应,二者有密切联系.事实上,它们互为反效应,一个是说电偶中有温差存在时会产生电动势;一个是说电偶中有电流通过时会产生温差.温差电动势率与帕尔贴系数 之间存在下述关系
(6)
式中 T ----- 结点处的温度,K.
3.汤姆逊效应
电流通过具有温度梯度的均匀导体时,导体将吸收或放出热量.这就是汤姆逊效应.由汤姆逊效应产生的热流量,称汤姆逊热,用符号 表示
(7)
式中 ----- 汤姆逊系数,;
―― ----- 温度差,K;
――I ----- 电流,A.
在热电制冷分析中,通常忽略汤姆逊效应的影响.另外,需指出:以上热电效应在电流反向时是可逆的.由于固体系统存在有限温差和热流,所以热电制冷是不可逆热力学过程.
热电制冷又称作温差电制冷,或半导体制冷,它是利用热电效应(帕尔帖效应)的一种制冷方法。1834年法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝,在将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上,通电后,发现一个接头变热,另一个接头变冷。这说明两种不同材料组成的电回路在有直流电通过时,两个接头处分别发生了吸放热现象。这就是热电制冷的依据。
半导体材料具有较高的热电势可以成功地用来做成小型热电制冷器。
1示出N型半导体和P型半导体构成的热电偶制冷元件。用铜板和铜导线将N型半导体和P型半导体连接成一个回路,铜板和铜导线只起导电的作用。此时,一个接点变热,一个接点变冷。如果电流方向反向,那么结点处的冷热作用互易。
热电制冷器的产冷量一般很小,所以不宜大规模和大制冷量使用。但由于它的灵活性强,简单方便冷热切换容易,非常适宜于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场所。
热电制冷的理论基础是固体的热电效应,在无外磁场存在时,它包括五个效应,导热、焦耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应。
一般的冷气与冰箱运用氟氯化物当冷媒,造成臭氧层的被破坏.无冷媒冰箱(冷气)因而是环境保护的重要因素.利用半导体之热电效应,可制造一个无冷媒的冰箱。
这种发电方法是将热能直接转变成电能,其转变效率受热力学第二定律即柯诺特效率(Carnotefficiency)的限制.早在1822年西伯即已发现,因而热电效应又叫西伯效应(Seebeckeffect)。
它不但与两结温度有关,且与所用导体的性质有关.这种发电法的优点是没有转动的机械部分,不会有磨损现象,故可长久使用,但欲达高效率需要温度很高的热源,有时利用数层热电物质之层叠(cascade或staging)以达高效率的效果.更多资料可以进入http://ic.big-bit.com/ 查看
欢迎分享,转载请注明来源:内存溢出
评论列表(0条)