§ 3. ОТСТУПЛЕНИЯ ОТ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ
Выше мы нашли соотношение сечений ветвей термо-элемента, при котором
достигает максимального значения; были также найдены оптимальная электропроводность, оптимальный ток и т. д.
На практике в силу трудно контролируемых отклонений от технологического процесса ни одно из этих условий точно не выполняется. Поэтому важно установить, в какой мере отступления от оптимальных условий влияют на эффективность работы охлаждающего устройства.
Отступление от оптимального соотношения, сечений ветвей
Как указывалось выше,
обратно пропорционально произведению сопротивления термоэлемента на его теплопроводность:
где
достигает минимального значения при определенном соотношении сечений ветвей
при
Выясним, насколько отступления от (63) влияют на
Согласно (62) и (64),
поделив числитель и знаменатель правой части (65) на
получим
где коэффициент
а в подавляющем большинстве случаев с большой степенью точности равен 2.
Таким образом,
полагая, например,
получим
Отступление от оптимальной концентрации носителей
Согласно (34), числитель
выражения для
достигает максимального значения при определенной концентрации носителей и электропроводности. Выясним, насколько понизится эффективность термоэлемента, если электропроводность ветвей будет несколько отличаться от оптимального значения.
Простые вычисления, которые мы опускаем, дают следующий результат:
Соотношение (69) показывает, что зависимость
а следовательно, и
от
вблизи точки
носит тот же характер, что и зависимость
от
вблизи точки
например, изменение
на
вызывает уменьшение
всего на
Отступление от оптимального значения силы тока
При работе термоэлемента в условиях полной тепловой изоляции холодного спая, согласно (1) и (5),
Разлагая
в ряд Тейлора вблизи точки
получим после простых преобразований -
Согласно (70), отступление плотности тока от оптимального значения на
обусловливает снижение
на
О значении z при отличающихся параметрах ветвей
Представляет интерес решить еще один вопрос. Предположим, что параметры ветвей термоэлемента неодинаковы:
и выясним, насколько
вычисленное согласно (11), меньше, чем
т. е. насколько показатели термоэлемента в целом хуже показателей лучшей ветви. Введем обозначения:
тогда
чем меньше удельное сопротивление данного материала, тем Меньше для него
в пределе эта величина стремится к постоянной в законе Видемана-Франца. Следовательно, чтобы худшая ветвь не снизила значительно
мы должны таким образом подобрать концентрации носителей, чтобы выполнилось неравенство