Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике § 3. ТЕРМОМАГНИТНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ (ЭФФЕКТ ЭТТИНГСГАУЗЕНА)Цод влиянием магнитного поля изменяются явления переноса в проводнике, по которому протекает постоянный электрический ток. В результате этого возникает ряд так называемых термомагнитных эффектов (поперечные — Холла и Риги-Ледюка и продольные — Нернста и Эттингсгаузена). Для целей охлаждения наибольший интерес представляет эффект Эттингсгаузена. Этот эффект заключается в том, что при воздействии на проводник магнитного поля в направлении, перпендикулярном к проходящему сквозь него току, в третьем направлении создается градиент температур (рис. 13). Коэффициент Эттингсгаузена
где
Рис. 12. Зависимость величины Одновременно с эффектом Эттингсгаузена в образце возникает эффект Нернста, заключающийся в том, что при наличии градиента температур и магнитного поля возникает поперечное электрическое поле. Эффект Нернста термодинамически связан с эффектом Эттингсгаузена, так же как эффект Зеебека связан с эффектом Пельтье. Величина коэффициента Нернста
где Коэффициенты Нернста и Эттингсгаузена связаны друг с другом соотношением Бриджмена:
Строгий анализ явлений, имеющих место в термомагнитном холодильнике Эттингсгаузена, приводит к весьма сложным уравнениям. Однако в первом приближении с достаточной степенью точности можно упростить задачу, - в результате чего феноменологические уравнения термомагнитного охлаждения становятся
Рис. 13. Схема возникновения эффекта Эттингсгаузена. похожими на соответствующие уравнения для термоэлектрического охлаждения на эффекте Пельтье. Рассмотрим принципиально возможное устройство холодильника Эттингсгаузена. В бруске прямоугольного сечения из соответствующего материала (рис. 14) сверху и снизу располагаются охлаждаемая и нагреваемая поверхности. Ширину и высоту бруска, а также длину охлаждаемой поверхности обозначим соответственно Введем допущение, что величина коэффициента Нернста, а также электропроводность и теплопроводность материала бруска не зависят от температуры. Тогда поток тепла Эттингсгаузена от холодной к горячей стороне бруска будет равен
где
Рис. 14. При Согласно приведенному выше соотношению Бриджмена, это выражение можно переписать в виде
Одновременно с переносом потока тепла от холодной к горячей плоскостям холодильника Эттингсгаузена под влиянием проходящего тока в нем будет выделяться Джоулево тепло, которое в слое единичной толщины в направлении у равно
При граничных условиях
выражение для количества тепла, отводимого в единицу времени холодильником Эттингсгаузена, будет иметь вид
Нетрудно заметить, что это уравнение имеет тот же вид, что и выражение для холодопроизводительности в случае термоэлектрического охлаждения на эффекте Пельтье. При этом члены
Рис. 15. Геометрическая форма холодильника Эттингсгаузена с бесконечным количеством каскадов. Так, например, коэффициент добротности термоэлектрического холодильника может быть записан в виде
а выражение для максимальной разности температур соответственно
Произведение коэффициента Эттингсгаузена
Рис. 16. Схема устройства холодильника Эттингсгаузена с конечным количеством каскадов. Описанный выше холодильник Эттингсгаузена с бесконечным количеством каскадов обладает одним недостатком — относительно большая ширина основания не позволяет удобно разместить его между полюсами магнита. В связи с этим был предложен другой вариант холодильника, но уже с конечным количеством каскадов. Схема устройства его приведена на рис. 16. Прямоугольной формы элемент состоит по высоте из ряда слоев, изолированных друг от друга. Каждый слой ймеет различную толщину, обусловленную той холодопроизводительностью, которой он должен обладать. Здесь может быть проведена полная аналогия с многокаскадным термоэлементом Пельтье.
Рис. 17. Зависимость перепада температур на холодильнике Эттингсгаузена от напряженности магнитного поля при различных значениях температуры горячего основания. Эксперименты по определению эффективности холодильника Эттингсгаузена проводились на монокристаллических образцах сплава, состоящего из 97% В последнее время в литературе обсуждается вопрос о возможности использования для целей охлаждения термомагнитного эффекта в пиролитическом графите. Теоретическая оценка этого эффекта показывает, что при температурах ниже 100° К можно ожидать дополнительного снижения температуры до 10°. Величина магнитного поля при этом имеет значение Измерения, проведенные на пиролитическом графите, отожженном при температуре 3500° С, показали, что при 4.2° К величина
|
1 |
Оглавление
|