Термоэлектрический эффект

Сущность этого способа охлаждения заключается в том, что под действием электрического тока, проходящего по цепи из двух разных проводников или полупроводников, на спаях появляются разные температуры. Если температура холодного спая окажется ниже окружающей среды, то его можно использовать как охладитель. Значительная разность между температурами на спаях достигается при использовании пар, составленных из разнородных полупроводников. При этом одна ветвь пары должна обладать электронной проводимостью (-), другая – дырочной (+). Для изготовления полупроводниковых пар используют соединения висмута, сурьмы, селена с добавлением небольшого количества присадок. Наиболее широко распространены сплавы Bi₂Te₃ + Bi₂Se₃ (с электронной проводимостью) и Bi₂Te₃ + Sb₂Se₃ (c дырочной проводимостью).

Рис. 3. Термоэлемент

Пара полупроводников, соединенных последовательно образует термоэлемент (рис. 3). Прямоугольные бруски 1 и 2 (называемые ветвями) из полупроводников с электронной и дырочной проводимостью соединяются последовательно металлическими пластинами 3 и 4, которые образуют спаи термоэлементов. В свою очередь термоэлементы объединяют последовательно в батарею.

Если по термоэлементу (батарее) пропускать постоянный электрический ток, то в местах спаев (на медных пластинах) возникают разные температуры. На одном из спаев температура понижается до Т_х, и холодный спай поглощает теплоту Q_o от охлаждаемой среды. На другом горячем спае тепло Q_г будет выделяться и переходить в окружающую среду.

В применяемых термоэлементах разность между температурами теплого и холодного спаев реально достигает 60 °С, что обусловливает широкое использование их в разных областях техники. Промышленность выпускает термоэлектрические устройства для холодильных шкафов, охлаждаемых баров и т. п.

Положительными особенностями устройств с термоэлементами являются их портативность, отсутствие движущихся частей, бесшумность, надежность и простота обслуживания. Кроме того, в них отсутствует рабочее тело, роль которого выполняет постоянный электрический ток. Однако применение такого способа охлаждения ограничено высокой стоимостью и большим расходом энергии. Холодопроизводительность выпускаемых устройств с термоэлементами не превышает 50–100 Вт.