Термоэлектрический эффект

Действие термоэлектрических охлаждающих устройств основано на эффекте Пельтье. Эффект Пельтье и два других, сопутствующих процессу охлаждения термоэлектрических эффекта - Зеебека и Томсона, обусловлены взаимным превращением электрической и тепловой энергии.

Сущность термоэлектрического эффекта Пельтье заключается в следующем: при протекании постоянного тока I через контакт двух разнородных полупроводников или проводников в местах контакта в единицу времени поглощается или выделяется, в зависимости от направления тока некоторое количество теплоты. Поглощаемая или выделяемая в этом процессе теплота Пельтье пропорциональна силе тока:

,	(4)
где	I	-	сила тока;
	П	-	коэффициент Пельтье, зависящий от физических свойств термоэлектрических материалов и температуры контактов.

Термоэлектрический эффект осуществляется в термоэлементах. Схема термоэлемента показана на рисунке 2.

Рис. 2 - Схема термоэлектрического элемента: N, P – полупроводниковые ветви термоэлемента; А, В – металлические коммутационные пластины (спаи); Е – источник постоянного тока.

Два полупроводника с n- и р-проводимостью образуют цепь, по которой проходит постоянный ток от источника Е. В результате поглощения теплоты Пельтье на одних спаях и выделения на других устанавливается разность между температурами спаев. Если температура Т_х на холодном спае ниже температуры охлаждаемого объекта То, а температура на горячих спаях Т_г выше температуры окружающей среды Т, то термоэлемент будет выполнять функции холодильной машины, перенося теплоту от холодного источника к окружающей среде. При этом помимо полезно используемого холода Q_о к холодным спаям в результате теплопроводности поступает поток теплоты от горячих спаев, уменьшая возможность снижения температур.

Необратимые потери, сопутствующие обратимым термоэлектрическим эффектам, ограничивают достижимый перепад между температурами спаев и снижают термодинамическую эффективность термоэлектрического генератора холода.

Термоэлектрическое охлаждение в настоящее время нашло широкое применение во многих отраслях современной техники, в том числе и в бытовых холодильниках и кондиционерах.