твердотельная морозилка (Seebeck/Peltier effect)

[jayrandom]

Если я правильно понял, то это развитие идеи термопары (просто больше элементов и из более подходящего материала).

Что мне нравится в этой идее - это симметрия. Одна сторона нагревается - другая охлаждается. Но и в другом смысле: хочешь - трать электричество и получай тепло/холод. А хочешь - трать тепло/холод и получай электричество. Очень похоже на симметрию электродвигателя и электрогенератора: понятно, что специализированное приложение можно как-то особо оптимизировать, но даже если этого не делать - функциональность обратима.

Интересно, как инженерный мир типично решает задачу масштабирования и миниатюризации одновременно (ограниченная аналогия с аналоговой звукозаписью, а потом и компьютерной памятью). Сначала делается показательная матрица фиксированного размера, и выход в серию. Элементы такие большие, красивые, глазом видно (счёты, ферритовые колечки, дисплеи из настоящих корпусных светодиодов). Потом выяснится, что эффекта надо много, и он в каком-то смысле пропорционален количеству элементов - в данном случае, p/n & n/p переходов. Как бы разместить побольше связанных в цепочку переходов на поверхности? Придётся наматывать на диск в виде спиральной дорожки: double density, quad density, high density, и так далее. Вот увидите :)

Ещё интересно - ну совсем уж баловство - замкнуть два таких устройства друг на дружку, "свернув" электричество. Точно так же, как электромотор открыли: соединили в кольцо два генератора. Один покрутили - другой покрутился на расстоянии. Тут же можно создать разность температур в одном месте, а потом передать эту разницу в другое. Понятно, что с потерями, но просто по приколу.

Ещё одно баловство - выкинув одно из устройств и замкнув другое накоротко само на себя, мы должны бы получить "инерцию": мне почему-то кажется, что такое устройство будет сопротивляться возникновению разности температур между его гранями. Ну и по мере возможности его выравнивать (правильно ли я представляю себе, что замкнутый накоротко генератор вращать должно быть очень тяжело?)

Comments

[wizzard]

> сопротивляться возникновению разности температур между его гранями

хмм, мне казалось, любой хорошо теплопроводящий обьект сопротивляется возникновению такой разности! :)

[tellepuz.livejournal.com]

Сразу видно, что вы не работали с пельтье! Там такой гемморой с теплоотводом, что годиться только для весьма узкой области применения.

[jayrandom.livejournal.com]

Конечно, не работал! Я только на днях узнал, что оно существует :)

Кстати, "весьма узкая область применения" - знакомый симптом. Про ламповые ЭВМ тоже так говорили.

Расскажите уж про геморрой с теплоотводом, раз заглянули.

[golger-i.livejournal.com]

Xe-xe, я тоже работал с этими штуками.
Основная проблема там такая:
Надо охладить что-то, приклеенное к стороне А (процессор, например). В результате сторона Б нагревается. Если от нее не отвести тепло, то она нагревается настолько сильно, что начинает греть А, просто потому, что находится с ней в непосредственной близости и физическом контакте. Между А и Б нет теплоизолятора!

[jayrandom.livejournal.com]

Ну что ж, твердотельный электро-полупроводник изобрели. Пора изобретать тепло-полупроводник!

А если кроме шуток, то непонятно, почему бы не разнести две поверхности подальше друг от дружки проводами? На одной поверхности собрать только N-P переходы (в направлении следования тока), на другой - только P-N, а между - многожильную шину туда-сюда. В оригинальном эксперименте, насколько я понимаю, провод как раз был.

[b-my.livejournal.com]

Кроме шуток, именно так и делают.

Но беда вот в чём: в этой своей задумке с проводами ты пытаешься увеличить термосопротивление, оставив (или уменьшив) электросопротивление.
Эти величины очень плотно связаны, ибо свободные электроны отлично переносят и то, и другое. Материалы с высокой электропроводностью отлично проводят тепло, теплоизолирующие материалы замечательно изолируют ток.
Сделаешь провода тонкими - увеличишь электросопротивление, всё выработаное напряжение на них и упадёт. А толстые провода будут замечательно "коротить" тепло, снижая полезный перепад.

Короче, качество элемента на 100%, полностью зависит от свойств материала (отношение электропроводность/теплопроводность) и не зависит ни от чего более.
Наибольшее это отношение у полупроводников - сурьма-селен и т.п. Есть попытки построить особо правильный наноматериал (т.н. "фононное стекло-электронный кристалл") который бы рассеивал фононы, но на практике пока имеем шиш (или около того). Одна из бед в том, что это не один эффект, а аж 3, каждый из которых вносит свой вклад (в одном направлении, что прикольно), приходится удовлетворить не просто противоречивые требования, а ещё и разные наборы их.

Эффекту более 100 лет... и первая солнечная батарея была именно на термопарах. :)

[jayrandom.livejournal.com]

Вот я и говорю: пора изобретать термо-полупроводник для небесполезного разнесения поверхностей :)

Причём электро-полупроводник нужен "вдоль" поверхностей, а термо-полупроводник - "поперёк" их.

[b-my.livejournal.com]

Это изобретено. :)
Сделать не получается. :)

(Нет, серьёзно. Можешь погуглить по ключам "фононное стекло электронный кристалл". Идея в том, чтобы спровадить электронам максимально прямой путь с минимумом электрон-фононного рассеяния, но максимально рассеять фононы.
Чисто для затравки - представь себе материал из разных изотопов (того же самого элемента), например. Электронам пофигу, они "поверху идут", а теплу через колебания ядер переменная масса этих ядер передаваться мешает. Именно изотопный эффект не очень велик, прорыва тут не выйдет, но идею ты понял).

[b-my.livejournal.com]

Чисто для ясности: теоретические наноконструкции нарисованы/посчитаны очень крутые. Осталось только научиться их лепить с приемлимым качеством по приемлимой цене (да и хотя б штучно, чтоб проверить). А с этим пока - затык.

[jayrandom.livejournal.com]

Спасибо. Не знаю я, что такое фононы, и мне как-то сейчас не собраться с этим разобраться. Ну ладно - изобретено - так изобретено. Молодцы :)

[b-my.livejournal.com]

"Закороченый пельтье" - это медная чушка. И да, она сопротивляется "возникновению разности температур между её гранями".
:)