Термоэлектричество. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Начинающему радиолюбителю

 Комментарии к статье

Если измерить выделяющуюся теплоту при том или другом физическом процессе, то можно судить как о наличии процесса, так и об интенсивности его протекания. Оперировать электрическими величинами при этом несравненно удобнее.

Термоэлектрические датчики позволяют проводить измерения в широчайшем диапазоне температур - от активной зоны атомного котла до глубин космоса. По способу преобразования датчики можно разделить на группы. К одной группе относятся датчики, изменяющие свое омическое сопротивление от влияния теплоты. Это так называемые терморезисторы, или термисторы.

РТС-термисторы (Positive Temperature Coefficient) - полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом. Они резко увеличивают свое сопротивление при превышении некоторой характеристической температуры и применяются в автомобильных сетях электропитания для защиты от бросков тока, как защита компрессоров холодильных установок, в качестве самовосстанавливающихся предохранителей и в ряде других случаев.

NTC-термисторы (Negative Temperature Coefficient) - полупроводниковые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом. Конструктивно они оформлены в виде дисков и применяются для температурной компенсации электронных цепей, ограничения пускового тока и пр. Кривая изменения сопротивления линейна лишь на некоторых участках изменения температуры, а диапазон рабочих температур - -40...+200°С.

В данной подгруппе следует особо выделить NTC-термисторы ТРА-1 и ТРА-2, выполненные на основе монокристаллов искусственного алмаза, которые отличаются долговременной стабильностью параметров и уникально малой тепловой инерционностью. Незначительные размеры (диаметр 1,2 мм) позволяют встраивать их, к примеру, в стержень паяльника. Диапазон рабочих температур - 80...600°К.

Датчики на основе термисторов энергозависимы, т.е. требуют наличия измерительного напряжения.

К другой обширной группе относятся термопары, т.е. термодатчики, в которых появляется ЭДС в месте контакта двух разнородных металлов (рис. 1). Датчики данного типа энергонезависимы, т.к. при нагревании места соединения появляющаяся термоЭДС вполне достаточна для измерений.

Рис. 1

Если соединить два конца проводников из разнородных металлов и затем нагреть место спая, то на свободных концах можно наблюдать появление ЭДС. Величина контактной термоЭДС не зависит ни от площади контакта, ни от формы проводников, а определяется лишь тем, какие металлы соприкасаются и какова их температура. В практике применения термопар принято различать два соединения проводников - горячий и холодный спаи. Горячий спай - соединение, находящееся в зоне нагрева, а холодный - вне измеряемой зоны. В данном случае название холодный "спай" - чисто условное, т.к. электрическая цепь замыкается через импеданс цепи измерения (прибора). Если замкнуть оба конца холодного спая, то величина термоЭДС будет равна нулю. Аналогично, если нагреть равномерно оба спая, то возмущающие силы будут уравновешены электрическими. Величина ЭДС описывается простой формулой:

Е_Т=К_Т(Т1-Т2), (1)

где К_т - постоянный коэффициент.

Из формулы (1) следует, что термоЭДС пропорциональна разности температур разнородных металлов. Коэффициент пропорциональности К_T называется удельной термоЭДС, и его значения для сочетания различных металлов и их сплавов различны. Например, для соединения медь-константан К_T=53*10^-3 мВ/°С, для соединения серебро-платина К_T=12*10^-3 мВ/°С. Для получения контактной термоЭДС металлы следует соединять свариванием-сплавлением нейтральным (угольным) электродом (лучше в среде инертного газа или в вакууме, дабы исключить попадание в спай даже молекул постороннего вещества). Хорошие результаты дает соединение вакуумным напылением на нейтральную подложку из кварцевого стекла или керамики. Так что слово "спай" в этом случае - чисто условное.

В любительских условиях можно изготовить неплохую термопару, если сварить угольным электродом (напряжение не выше 36 В) две проволоки, сочетая медь, константан, нихром, фехраль, никелин и серебро. Можно применить проволочные стойки от электролампы.

Альтернативной заменой как термисторов, так и термопар могут явиться кремниевые диоды, причем развиваемая ими термоЭДС вполне достаточна для практического применения. Недостаток - большой разброс параметров и сложности в организации выводов.

В 30-х...50-х годах XX века было выпущено большое количество термоэлектрических генераторов, работавших от различного типа теплоносителей (керосиновой лампы, керогаза и даже костра). Термогенераторы были применены и на атомной электростанции. Интерес к их широкому использованию постепенно ослаб ввиду очень низкого КПД, в лучшем случае, едва достигавшего 3%. Правда, не так давно японские специалисты разработали генератор-браслет, работающий от тепла человеческого тела и питающий транзисторный приемник К сожалению, дешевые алкалиновые элементы и никель-кадмиевые аккумуляторы "закрыли" развитие термогенераторов.

Существует еще одно применение термоэлектричества, вернее, явления, открытого в 1834 году часовщиком Пельтье, обратившим внимание на температурные аномалии, возникавшие вблизи спая двух проводников из разнородных металлов при прохождении через них электрического тока. Позднее Э.Х.Ленцем была исследована и объяснена природа этого явления.

В опыте Ленца в углублении на стыке двух проводников из висмута и сурьмы помещалась капля воды, которая при прохождении тока в одном направлении замерзала, при другом - закипала. Явление, впервые обнаруженное Пельтье, получило название эффекта Пельтье, а термоэлектрические элементы, выполненные на этой основе - элементами Пельтье (рис. 2).

Рис. 2

При изготовлении элементов наилучшие результаты были получены при соединении пар из полупроводниковых материалов: сернистого свинца, висмута, сурьмы, цинка. В элементах Пельтье процесс нагрева и охлаждения спаев можно рассматривать, как перенос тепла под влиянием приложенной ЭДС от одного спая к другому и как бы увеличения при этом теплопроводности проводников В элементах Пельтье существуют горячий и холодный спай, но напряжение подается в замкнутую цепь из разнородных металлов. Происходит разогрев горячего спая и охлаждение холодного, и чем интенсивнее отводится выделяющееся тепло, тем сильнее охлаждается холодный спай. При изменении полярности напряжения питания процесс также меняет знак, что может привести к разрушению элемента. Для получения значительного перепада температур нужен хороший теплоноситель для эффективного охлаждения горячего спая.

В настоящее время (по каталогу ЧИП-ДИП) предлагаются элементы Пельтье для охлаждения РЭА и иных целей, где КПД не играет существенной роли.

Литература

1. А.Ф Иоффе. Полупроводниковые термоэлементы. - РАН.
2. Б.С. Поздняков, Е.А. Коптелов. Термоэлектрическая энергетика. - Атомиздат, 1974 г.

Автор: И.Семенов, г.Дубна, Московской обл.

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Цифровая рация Xiaomi Digital Walkie Talkie 05.10.2025

Компания Xiaomi представила современное устройство, объединившее классические принципы радиосвязи с возможностями цифровых технологий. Новинка под названием Xiaomi Digital Walkie Talkie демонстрирует, как привычные рации могут быть переосмыслены в духе времени. Устройство оснащено цветным дисплеем диагональю 1,57 дюйма, который отображает список контактов, параметры соединения и даже примерное местоположение собеседника. Такой подход превращает стандартную рацию в компактное средство связи, сочетающее функциональность смартфона и устойчивость профессиональной техники. Одним из ключевых преимуществ стала высокая автономность. Встроенный аккумулятор емкостью 2500 мА·ч обеспечивает до 100 часов работы в режиме ожидания и около 14 часов непрерывных разговоров, что особенно важно в экспедициях, на дальних маршрутах или в зонах, где подзарядка невозможна. Согласно данным портала unionrayo.com, такое время работы выгодно отличает устройство от большинства аналогов. По дальности дейст ...>>

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Случайная новость из Архива Молекулы-окислители тормозят старение 08.11.2020 Агрессивные молекулы-окислители, или кислородные радикалы, портят клетке ее ДНК, белки и липиды, так что никакой пользы от них как будто нет. Эти окислители неизбежно образуются в ходе обычных биохимических реакций, и у клеток есть специальные ферменты, которые обезвреживают кислородные радикалы. Однако бывает, что их образуется больше, чем обычно, или что те ферменты, которые их обезвреживают, начинают плохо работать - и тогда в клетке случается окислительный стресс. Считается, что окислительный стресс служит одной из главных причин старения, и что многие хронические болезни случаются из-за агрессивных кислородных окислителей. Однако, как ни странно, от них бывает и польза. Например, пероксид водорода, который очень неустойчив и легко распадается с образованием тех самых радикалов - так вот, пероксид водорода замедляет старение. Как он это делает, выяснили сотрудники Технического университета Чалмерса и Университета Гетеборга. Они изучали дрожжи и их фермент Tsa1, который служит одним из ферментов-антиоксидантов, которые обезвреживают пероксид водорода. Но оказалось, что Tsa1, хотя и считается антиоксидантом, не слишком снижает уровень пероксида. Зато он играет важную роль в других процессах. Известно, что ограничение в калориях продлевает жизнь самым разным живым организмам, от дрожжей до обезьян. Очевидно, тут срабатывают определенные сигнальные белки, которые получают информацию о том, что калорий в клетку стало поступать меньше, и передают ее другим белкам, эти другие - третьим и т. д., так что все молекулярные процессы в клетке перенастраиваются так, что срок жизни клетки удлиняется. Tsa1 оказался одним из тех сигнальных ферментов, которые оценивают уровень калорий. Если их в клетку поступает немного, то Tsa1 с помощью пероксида водорода окисляет другой регуляторный фермент, протеинкиназу А, которая регулирует активность обмена веществ. Окисленная протеинкиназа хуже взаимодействует с подведомственными ей белками, и обмен веществ в целом замедляется. Как следствие, клетка начинает медленнее расти, размножаться - и медленнее стареть. Чтобы замедлить старение, Tsa1 нужно не очень много пероксида, то есть тут нет противоречия с тем, что избыток кислородных радикалов представляет для клетки опасность. Но какое-то количество пероксида все-таки нужно, без него клетка не сможет перевести свой обмен веществ в энергосберегающий режим. На самом деле это не первая работа, в которой говорится о пользе умеренных количеств кислородных радикалов. Есть данные, что они тормозят рост опухолей, и что известное антидиабетическое лекарство метформин продлевает жизнь круглым червям тоже с помощью радикалов.

Другие интересные новости:

▪ Струйный принтер Canon i80

▪ Алмазный носитель данных

▪ Охлаждение инфаркта

▪ Visa + iPhone

▪ Гибрид мотоцикла с автомобилем

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Металлоискатели. Подборка статей

▪ статья Себе, любимому. Крылатое выражение

▪ статья Что такое плазма? Подробный ответ

▪ статья Уход за больными при ознобе, лихорадке. Медицинская помощь

▪ статья Установки для сжигания биотоплива. Установки для сжигания твердых отходов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Простое переговорное устройство. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025