Явление Пельтье – это эффект, заключающийся в изменении температуры на границе двух проводников при прохождении электрического тока через них. Этот эффект был впервые открыт французским физиком Жаном Чарльзом Атанасио Пельтье в 1834 году. Он обнаружил, что при подключении пластин из различных проводников в цепь с источником постоянного тока, на границах этих проводников происходят весьма интересные явления.

Основные физические причины возникновения явления Пельтье связана с двумя феноменами: термоэлектрическим итермофорическим. При прохождении электрического тока через границы различных проводников возникает так называемый термоэлектрический эффект, который связан с переносом энергии от тока к атомам и электронам, вызывая их движение и, как следствие, разогрев.

Вместе с термоэлектрическим эффектом, важную роль в возникновении явления Пельтье играет термофорический эффект или также называемый явлением Термофора. Этот эффект заключается в том, что когда электрический ток проходит через проводник, равномерно нагревая его, то зона с самой низкой температурой образуется на границе проводников.

Физические основы явления Пельтье

Физические основы явления Пельтье

Феномен Пельтье основан на эффекте, который возникает при прохождении электрического тока через присоединенные к нему два проводника, изготовленные из материалов с различным термоэлектрическим поведением. При этом один из проводников охлаждается, а другой нагревается.

Основой для возникновения явления Пельтье является термоэлектрический эффект, известный также как эффект Зеебека-Пельтье. Этот эффект основан на явлении термоэлектрического преобразования, при котором различие в температурах на границе между двумя материалами с различным термоэлектрическим напряжением приводит к возникновению электрического тока. В свою очередь, электрический ток, проходящий через указанные материалы, вызывает изменение их температуры.

Основное объяснение физической природы явления Пельтье лежит в установлении связи между термоэлектрическим и обратным термоэлектрическим эффектами. Это взаимосвязь между зависимостью температуры от электрического тока и зависимостью электрического тока от разности температур.

Термоэлектрический эффект объясняется различием в поведении электронов и проводимости в различных материалах. Когда тепло проходит через два проводника с различными материалами, разница в плотности электронов в этих материалах создает разность в напряжении между двумя границами.

Физические причины, лежащие в основе явления Пельтье, включают в себя не только эффект Зеебека-Пельтье, но также и различные тепловые процессы, термическую проводимость и обратные эффекты. Изучение этих физических основ позволяет создавать и использовать устройства на основе явления Пельтье с целью преобразования тепла в электричество и обратно.

READ
Как закрыть цоколь в свайно винтовом фундаменте? Готовые решения и советы

Влияние электрического тока

Влияние электрического тока

Распределение энергии внутри полупроводниковой структуры вызывает неравномерный нагрев или охлаждение, что приводит к разности температур на разных сторонах. Термоэлектрический эффект Пельтье является результатом диффузии тепловой энергии и электронного тока, а также связанных с этим переноса зарядов в полупроводнике.

Термоэлектродинамический эффект

Термоэлектродинамический эффект

Термоэлектродинамический эффект возникает из-за протекания электрического тока через полупроводниковую структуру. При этом происходит нагрев или охлаждение полупроводникового материала, что вызывает разность температур на разных сторонах. В результате этого эффекта, на поверхности полупроводника появляется разность энергии, что приводит к возникновению электродинамического эффекта Пельтье.

Термоэлектронный эффект

Термоэлектронный эффект

Термоэлектронный эффект возникает из-за теплового переноса электрона внутри полупроводника. При прохождении электрического тока через полупроводник, происходит перенос тепла от области высокой концентрации электронов к области низкой концентрации. Этот эффект вызывает нагрев или охлаждение полупроводника, что приводит к возникновению термоэлектронного эффекта Пельтье.

Эффект Причина
Термоэлектродинамический Протекание электрического тока
Термоэлектронный Тепловой перенос электрона

Роль разности температур

Роль разности температур

Разница в температуре приводит к изменению концентрации электронов и дырок в полупроводнике. При нагреве одной из пластин происходит увеличение концентрации носителей заряда на границе между полупроводниками, в то время как охлаждение другой пластинки приводит к уменьшению концентрации носителей заряда.

Изменение концентрации носителей заряда на границе полупроводников создает электрическое поле, которое направлено от пластины с более высокой температурой к пластине с более низкой температурой. Это поле вызывает перемещение электронов и дырок в полупроводнике, что приводит к появлению электрического тока.

Разность температур также влияет на величину электрического тока, проходящего через полупроводник. Чем больше разность температур между пластинками, тем больше электрический ток. Это объясняется тем, что разность температур влияет на скорость перемещения носителей заряда и на их концентрацию в полупроводнике.

Механизмы теплопередачи

Механизмы теплопередачи

  1. Проводимость. При проводимой теплопередаче тепловая энергия передается от молекулы к молекуле внутри тела или между соприкасающимися телами. В явлении Пельтье проводимость играет важную роль, так как электрический ток, проходящий через полупроводник, вызывает перенос тепла.
  2. Конвекция. При конвективной теплопередаче энергия передается благодаря движению жидкости или газа. Тепло переносится от горячего объекта к холодному благодаря конвекционным течениям. В случае явления Пельтье конвекция может возникать благодаря различным физическим процессам внутри полупроводника.
  3. Излучение. Тепловое излучение – это передача энергии в виде электромагнитных волн. Это происходит при температурном излучении, когда тело излучает энергию вследствие своей температуры, которая выше абсолютного нуля. В пельтье излучение также может играть роль в передаче тепла.
READ
Как выбрать мультифункциональный стеклопакет: основные характеристики и советы

Видео:

Эффект Пельтье и Эффект Зеебека

Термопара и элемент Пельтье

Самодельный теплообменник на элементах Пельтье.Как он сделан.