خنك سازي دمابرقي (ترموالكتريك)

دستگاه خنك كننده ترموالكتريك ، گاهي اوقات به آن ترموالكتريك يا دستگاه خنك كننده «پليتر» نيز مي گويند . كه نيمه رساناي است كه داراي اجزا و تركيبات الكترونيكي است كه عملكردهايي مانند گرم كردن با پمپ را در بر
مي گيرد . منبع نيرو با ولتاژ پايين DC با مدل TE كار مي كند . گرما از آن محدوده به طرف ديگر حركت خواهد كرد ، بنابراين . يك طرف خنك مي شود وقتي كه هنوز طرف ديگر همزمان گرم است ، مهم است به خاطر داشته باشيد زماني كه اين اتفاق معكوس مي شود كه به موجب آن قطبش نيز تغيير

مي كند. (مثبت و منفي) و ولتاژ DC سبب مي شود كه گرما به طرف ديگر برود، در نتيجه ، ترموالكتريك به كار برده مي شود براي گرم سازي و خنك سازي در نتيجه بسيار مناسب است براي كنترل دقيق دماي مورد استفاده قرار مي گيرد . نظريه اساسي براي كاربران درباره تونايي دستگاه خنك كننده ترموالكتبيك داده شده است كه با ارائه اين نمونه ، مفيد است . يك نوع مرحله ترموالكتريك در يك مخزن گرمايي است كه دماي اتاق را نگه مي دارد و سپس به يا باطري مناسب متصل مي شود . يا به ديگر منابع نيروي DC متصل مي گردد . طرف سرد نمونه تقريباً به دماي مي رسد . در اين لحظه نمونه بدون گرما پمپ مي شود و به بيشترين ميزان ولتاژ T مي رسد . اگر گرما به تدريج به طرف سرد نمونه اضافه شود ، قسمت سرد دمايش بالا مي رود و سرانجام برابر

قسمت گرما مي شود . در اين هنگام دستگاه خنك كننده TE به بيشترين ميزان گرما مي رسد ( ). دستگاههاي خنك كننده ترموالكتريك به يخچالهاي مكانيكي كنترل كنند با همان قوانين بنيادي ترموديناميك و سيستم هاي سردسازي اگرچه به طور قابل ملاحظه اي در فرم متفاوت هستند عملكردشان به يك صورت مي باشد . در سيستم هاي سردسازي مكانيكي دستگاه فشار براي فشردن هوا به مايع فشار مي آورد در ميان سيستم سرما راپخش مي كند . فضاي تبخير كننده

يا منجمد كننده كه به نقطه جوش مي رسد طي مراحل تدريجي مداوم تبخير مي شود . دستگاه سرد كننده گرما را مي گيرد (جذب مي كند) به همين علت است كه دستگاه سرد
مي شود . گرماي جذب شده توسط دستگاه سرد كننده به طرف دستگاه منقبض كننده حركت مي كند . در جايي كه سردكننده تراكم را به محيط انتقال مي دهد در سيستم سردسازي ترموالكتريك پيش بيني مي شود كه يك نوع نيمه هادي جاي مايع سرد كننده را مي گيرد و منقبض كننده جايگزين قسمت گرمايي مي شود . دستگاه فشردن هوا جايگزين منبع نيروي DC مي شود .
استفاده از نيروي DC در ترموالكتريك به اين علت است كه الكترون ها به طرف مواد نيمه هادي حركت مي كنند . در انتهاي قسمت سردكننده مواد نيمه هادي گرما را جذب مي كنند توسط حركت الكترون ها و از ميان مواد حركت مي كنند و قسمت انتهايي گرم كننده از آن خارج مي شود تا زماني كه قسمت انتهايي گرم كننده مواد بطور فيزيكي به مخزن گرما متصل شده است گرما از مواد به طرف مخزن مي رود و سپس در عوض به محيط انتقال داده مي شود . قائده كلي فيزيكي به روي دستگاههاي خنك كننده سرماساز ترموالكتريك جديد نزديك به سال ۱۸۰۰ بر مي گر

دد . اگرچه نمونه هاي TE تجاري تا سال ۱۹۶۰ در دسترس نبوده اند اولين كشف مهم مربوط به ترموالكتريسيتي در سال ۱۸۲۱ رخ داد . زماني كه يك دانشمند آلماني به نام توماس سيبك پي برد كه جريان الكتريكي در مدار جريان دارد كه از دو فلز مختلف درست شده است كه نقطه اتصال فلزات در دو دماي گوناگون
مي باشد . سيبك واقعاً متوجه نشد هرچند كه مقدمات علم براي كشفش كافي نبود و اش

تباه فرض مي كرد كه جريان گرما همانند جريان الكتريكي اثر مشابه دارد . در سال ۱۸۳۴ يك ساعت ساز فرانسوي و يك فيزيك دان به نام جين پولتير بعد از بررسي اثر تحقيقات سيبك پي بردند كه برعكس اين اتفاق رخ مي دهد وقتي كه انرژي گرمايي در نقطه اتصال دو فلز گوناگون جذب شده و در نقطه برخورد ديگر زماني كه جريان الكتريكي در ميان محدوده بسته اي جريان دارد ، تخليه مي شود . ۲۰ سال پيش ويليام تامسون توضيحي براي درك بهتر سيبك و پولتير و روابطشان داد . هرچند حالا اين اتفاق تنها در آزمايشگاه از روي كنجكاوي صورت مي گيرد و بدون اينكه كاربرد عملي داشته باشد . در سال ۱۹۳۰ كه يك داشمند روسي مطالعاتش را درباره برخي از كاربردهاي ترموالكتريك شروع كرده بود و تلاش كرد نيرويي در ژنراتورها ايجاد كند كه در محل هايي خارج از زمين مورد استفاده قرار گيرند . سرانجام اين دانشمند روسي به نمونه هاي عملي ترموالكتريك توسعه يافته پي برد . امروزه دستگاههاي خنك كننده ترموالكتريك در تكنولوژي مدرن فلزات و نيمه هادي ها و در كل مواد نيمه هاي جايگزين فلزات گوناگون شد و در آزمايشات ترموالكتريك مورد استفاده قرار مي گيرند . «سيبك» ، «پولتير» و «تامسون» با چندين وقايع ، شكل ابتدايي عملكرد نمونه هاي ترموالكتريك را ارائه كردند بدون اينكه به جزئيات اشاره شود . برخي از اين اثرات بنيادي
ترموالكتريك را بيان مي كنيم .

اثر سيبك :
اثر سيبك را با يك مثال روشن شروع كرده و در آن نگاهي به محدوده يك ترموكوپل ساده مي اندازيم .
ترموكوپل رسانا داراي دو فلز مختلف است كه به صورت مواد x و مواد y مشخص شده اند . در اندازه گيري دا ترموكوپل A به عنوان يك مرجع كه دماي TC راسرد نگه مي دارد بكار رفته است و ترموكوپل B براي اندازه گيري دما Th كه در اين نمونه بالاتر از دماي Tc است بكار رفته است و ولتاژ از ميان ترمينال هاي T1 و T2 مشخص خواهد شد كه اين ولتاژ (VO) به صورت emf «سيبك» به اين صورت است :

در جايي كه Vo بازده ولتاژ در ولت است عامل مشترك ميان دو مواد x و y در ولت k است و Th و ‏Tc دماهاي سرد و گرم ترموكوپل در هستند .

اثر «پلتير» :
اگر ترموكوپل را تغيير اگر ولتاژ (Vin)بكار رفته در ترمينال هاي T1 و ‏T2 باشد جريان الكتريكي در مدار ، جريان خواهد يافت .و در نتيجه جريان موجود در مدار مقدار ناچيزي سردسازي مي كند . (QC) در نقطه برخورد ترموكوپل A نقطه اي است كه گرما را جذب و در نتيجه گرم كر

دن (Qh) در نقطه برخورد B و در جايي كه گرما بيرون مي رود رخ خواهد داد . به خاطر داشته باشيد كه اين اثر در حالت معكوس در نتيجه تغييراتي در جريان الكتريكي ايجاد مي شود . نتيجه پلتير از طريق فرمول رياضي چنين است :

در جايي كه Pxy ديفرانسيل ميان دو مواد x و y در ولت I كه جريان الكتريكي در آمپرهاي Qc و‌Qh جريان دارد ، ميزان خنك سازي و گرماسازي به ترتيب وات است و مقدار R×I (=R مقاومت الكتريكي است) در رسانا رخ مي دهد . در نتيجه جريان يافتن جريان الكتريكي اين اثر در تضاد با نتيجه پولتير است و بدين دلايل ميزان خنك سازي كاهش مي يابد .

اثرتامسون :
وقتي جريان الكتريكي از رسانا مي گذرد كه دما افت حرارتي بيشتر از طولش داشته باشد و گرما از طريق رسانا جذب يا خارج شود و در اينجا اين سوال پيش مي آيد كه آيا گرماي جذب شده يا به بيرون انتقال داده شده بستگي به جريان الكتريكي و دمايي كه افت حرارت در آن ايجاد شده است يا خير ؟ اين اتفاق توسط تامسون صورت گرفت كه اصول كلي را در بر
مي گيرد اما نقش چندان مهمي در عملكرد نمونه هاي عملي ترموكوپل ندارد به اين دليل به رسميت شناخته نشده است .

اصول كلي نمونه هاي ترموالكتريك مواد :
مواد ترموالكتريكي :
اغلب مواد نيمه رساناي ترموالكتريك در دستگاههاي خنك كننده TE امروزي آلياژ

بيسموت تلوريد كه به طور مناسب بخش هاي تك يا عناصري كه خصوصيات جدا N و P را دارد بكار برده مي شوند . اغلب مواد ترموالكتريك با متبلور كردن فلز يا فشار به پودر فلزكاري تشكيل شده اند . هر روش ساخت داراي مزاياي خاص خودش است اما زماني كه تحت هدايت هستند اين مواد رشد مي كنند و به رشدي بيش از حد معمول مي رسند . علاوه بر ، مواد ترموالكتريكي ديگري موجود است مانند ، سيليكون ، ژرمانيوم و (Bi-Sb ) آلياژهايي كه شايد در موقعيت هاي خاص بكار برده شده باشند .

حداكثر در ميان دماي محدود بسيار مناسب و بيشتر از عملكردهاي خنك سازي اس

ت .