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 Часть I. ТЕОРИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОХЛАЖДЕНИЯГлава I. ОСНОВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ§ 1. МАКСИМАЛЬНОЕ ПОНИЖЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫВ основе любого термоэлектрического охлаждающего прибора лежит элементарный термоэлемент, представляющий собой соединенные последовательно две полупроводниковые ветви (рис. 1), одна из которых обладает электронной При прохождении через термоэлемент постоянного электрического тока в направлении, указанном на рисунке, между коммутационными пластинами 1 и 2, осуществляющими спаи термоэлемента, возникает разность температур, обусловленная выделением (на спае 1) и поглощением (на спае 2) теплоты Пельтье.
Рис. 1. Схема элементарного термоэлемента. Если при этом за счет теплоотвода температуру спая 1 поддерживать на постоянном уровне, температура спая 2 понизится до некоторого определенного значения. При заданном токе величина понижения температуры зависит от тепловой нагрузки на нем. Эта нагрузка складывается из теплопритока от окружающей среды, тепла, приходящего от спая, обусловленного теплопроводностью образующих термоэлемент ветвей, и теплоты Джоуля, выделяющейся в ветвях термоэлемента при прохождении через них тока. Существенное влияние на работу термоэлемента оказывает теплота Джоуля. Действительно, если поглощение теплоты Пельтье пропорционально первой степени силы тока, т. е.
то выделение тепла в термоэлементе благодаря эффекту Джоуля пропорционально квадрату силы тока:
Расчет показывает, что в первом приближении около половины теплоты Джоуля приходит на холодный спай термоэлемента, что соответственно уменьшает эффект охлаждения. На рис. 2 приведена зависимость тепла, приходящего на холодный спай термоэлемента за счет эффекта Джоуля
Рис. 2. Количество теплоты Джоуля Поскольку оба эффекта имеют место в одной электрической цепи, складывая их алгебраически, получаем результирующую кривую, которая характеризует Тепловой баланс термоэлемента при различных значениях питающего тока. Кривая имеет минимум, соответствующий оптимальному току Однако заметное превышение силы тока над оптимальным его значением приводит к уменьшению эффекта охлаждения за счет возрастания теплоты Джоуля. Дальнейшее увеличение силы тока может вызвать превалирование теплоты Джоуля над теплотой Пельтье, и охлаждение спая в этом случае перейдет в нагрев. Для нахождения величины оптимального тока напишем выражение для суммы тепл от Джоуля и Пельтье, поступающих и
где определенное длиной I, удельным сопротивлением
Дифференцируя (1), находим, что
откуда
Из (4) следует, что чем меньше сопротивление термоэлемента, тем больше количество тепла Таким образом, из формулы (4) следует, что количество тепла, поглощенное на холодном спае термоэлемента, или, как принято называть, его холодопроизводительность, обратно пропорционально сопротивлению ветвей термоэлемента. Определим условия, при которых термоэлемент создает максимальное понижение температуры. Теплота, поглощаемая на холодном спае термоэлемента, в стационарном состоянии должна быть равна тепловой нагрузке, которая складывается,
Для простоты рассуждений будем считать, что холодный спай термоэлемента теплоизолирован, т. е.
или
где
Подставляя в (7) значения для
где и
Введем обозначения:
и
где
Тогда, подставляя эти обозначения в (8), получим
Выражение (8) показывает, что максимальное понижение температуры определяется параметрами материалов ветвей термоэлементов
при этом
Из (9) может быть получена температура холодного спая в виде
На рис. 3 приведена зависимость разности температур
|
1 |
Оглавление
|