Применение эффекта Пельтье в современном мире

Введение

В наш век технического прогресса, одним из основных и острых вопросов все чаще и чаще становится влияние на экологию. Промышленные предприятия стремятся сделать всё, чтобы оградить окружающую среду от своего неблагоприятного влияния. Среди таких предприятий Чепецкий Механический Завод города Глазова, который уделяет большое внимание этой проблеме и привлекает к её решению молодёжь.

Так как внедрение солнечных батарей, ветряных двигателей и гидроэлектростанций в нашем регионе не оправдано, то чтобы улучшить экологическое состояние нашего города, нами был разработан проект, проведена экспериментальная работа и запрограммирован симулятор. Суть проекта заключается в повышении эффективности использования тепловых ресурсов с помощью преобразования их в электроэнергию. Работа в этом направлении позволит уменьшить выброс различных веществ в биосферу, таких как "паразитное" тепло, испускаемое обогревателями, станками, ТЭЦ.

Цели и задачи:

1. Найти информацию о возможностях преобразования паразитного тепла в полезную энергию;

2. Обобщить данные экспериментов по трансформации тепла в электрическую энергию.

3. Создать 3D модель эксперимента.

4. Доказать эффективность разработки / эксперимента

Актуальность работы заключается в понижении затрат на производство электричества и улучшения экоситуации в районе.

История

Возникновение контактной разности потенциалов при соприкосновении двух разнородных проводников, открытое Алессандро Вольта в последнем десятилетии XVIII века, привлекло внимание многих физиков к процессам, протекающим в цепях разнородных материалов.

Днем рождения термоэлектричества можно считать 14 декабря 1820 г. В этот день на заседании Берлинской академии наук академик Томас Иоганн Зеебек впервые доложил о наблюдении им отклонения магнитной стрелки компаса вблизи замкнутой цепи из двух разнородных металлов, один спай которых нагревался. Томас Зеебек назвал этот эффект «термомагнетизмом».

В 1834 году часовщик по профессии и физик по призванию Жан Пельтье открыл явление, названное позже в его честь. Произошло это так: в одном из своих экспериментов он пропустил через полоску висмута, с подведёнными к ней медными проводами, электрический ток (рис.1). В результате обнаружилось, что одно соединение висмут-медь нагревается, а другое – остывает. Сам Пельтье тогда ещё не понимал в полной степени сущность открытого им явления. Его истинный смысл был объяснен позже, в 1838 г., российским физиком Э. Х. Ленцем. Тем не менее, явление получило название «Эффект Пельтье-Зеебека». В настоящее время чаще используется вариант «Эффект Пельтье». Поэтому в нашей работе мы его так и будем называть.

Рис.1

Применение эффекта Пельтье в современном мире

Приборы, в основе работы которых лежит «Эффект Пельтье» - называются элементами Пельтье. Как уже было отмечено, в основе элемента Пельтье (термоэлектричекий модуль) лежит эффект Пельтье - термоэлектрический эффект образующийся в результате нагрева контактов (спаев) двух разнородных металлов или полупроводников (термопары), при котором возникает термоЭДС. В качестве материала для элементов традиционно используются полупроводники на основе висмута, теллура, сурьмы и селена. Элементы соединяются между собой при помощи пластины из меди.

Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность таких термопар, электрически соединенных, как правило, последовательно. В стандартном термоэлектрическом модуле термопары помещаются между двух плоских керамических пластин на основе оксида или нитрида алюминия. Количество термопар может изменяться в широких пределах - от единиц до сотен пар, что позволяет создавать ТЭМ практически любой мощности. За последние десятилетия в разных промышленно развитых странах были разработаны, испытаны и поставлены на серийное производство термоэлектрические генераторы (ТЭГ) мощностью от нескольких микроватт до десятков киловатт.

Таким образом использование элементов Пельтье например в преобразовании напрямую из тепловой энергии в электрическую, без преобразования в механическую, могло бы повысить количество энергии вырабатываемой на ТЭЦ. Вот еще несколько примеров использования элементов Пельтье:

· как подогрев в целях отопления;

· в компьютерной технике;

· для получения электроэнергии;

· в бытовой технике;

· в радиоэлектрических устройствах;

· в медицинском и фармацевтическом оборудовании;

· в лабораторных и научных приборах;

· в климатическом оборудовании;

· в кондиционерах;

· в электронных счетчиках расхода воды;

· в термостатах;

· в оптической аппаратуре.