mihin lämpösähköinen kylmälaukku oikein kelpaa…

sadut… ikiliikkujat… eivät kaikki sadut ole ikiliikkujia, vaan kaikki ikiliikkujia koneet ovat todellakin satuja. Ennen kuin pääsen lämpösähköisten jäähdyttimien yksityiskohtiin, tuntuu kuitenkin sopivalta asettaa näyttämö juuri tälle satujen kategorialle.

on olemassa kaksi klassista ikiliikkujan ”konetyyppiä”, joita kutsutaan (ei niin luovasti) ”tyypin 1” ja ”tyypin 2” koneiksi (tai yhtä luovasti ”1.” ja ”2.”koneiksi). Tyypin 1 koneet ovat niitä, jotka ovat todennäköisesti heti tuttuja sinulle. Ne rikkovat termodynamiikan ensimmäistä lakia, jonka mukaan energiaa ei voi luoda tai tuhota, vaan se vain muuttuu muodosta toiseen. Tyypillisesti tyypin 1 koneissa on mukana jonkinlainen pyörivä mekanismi, joka ilmeisen älykkään suunnittelun avulla onnistuu aina synnyttämään vääntömomentin vakiosuuntaan (tai ehkä vaihtosuuntaan, mutta keskimäärin suosimalla yhteen suuntaan). Ilman kitkaa (tai kuormaa) ne liikkuisivat ikuisesti ilman energian lisäämistä. Tyypin 1 koneita on niin helppo saada, että Yhdysvaltain patenttivirasto ei hyväksy hakemuksia tämän tyyppisistä koneista ilman toimivaa mallia. Harvoissa tapauksissa yksi on säädetty,” nokkeluus ” poikkeuksetta piilee piilossa pieni energialähde jonnekin, ja patenttivirkailijan tehtävä on olla älykkäämpi kuin keksijä ja löytää se! Räikeimmät esimerkit tyypin 1 koneista ovat, joissa keksijä oikeasti väittää ajavansa kuormaa, vaikka koneelle ei ole energianlähdettä. Sneakier esimerkit eivät peitä sitä, että heillä on energialähde, he vain väittävät toimittaa enemmän energiaa ulos kuin ne ottavat sisään. Esimerkiksi, muutama vuosi sitten minua pyydettiin arvioimaan ”vapaa-energia nolla-cogging generaattori”, joka väitti tuottaa enemmän sähköenergiaa ulos, kuin ajo tuuliturbiini laittaa. (Tässä tapauksessa uskon, että keksijä ei ollut tarkoituksellisesti petollinen, mutta hän oli valitettavan tietämätön siitä, miten sähkötehoa mitataan!)

tyypin 2 koneet ovat hienovaraisempia. Ne rikkovat termodynamiikan toista lakia, jonka mukaan entropiaa ei voi pelkistää (suljetussa systeemissä). Entropia on käsite, jota on hieman vaikea käsittää, saati sitten määrittää, mutta hyvin usein se voidaan tiivistää yksinkertaiseksi havainnoksi, että lämpö ei voi koskaan passiivisesti virrata kylmemmästä paikasta kuumempaan paikkaan. Jos niin näyttää käyvän, sinulta on joko jäänyt jotain ratkaisevaa huomaamatta tai sinulla on bona fide tyypin 2 ikiliikkuja kone. Muistan (kiusallisesti) kokeen ensimmäisellä termodynamiikkakurssillani. Meitä pyydettiin arvioimaan utelias (ja kalamaiselta kuulostava) asia nimeltä ”pyörreputki.”Vuonna vortex putki, paineilma syötetään pohjaan T-muotoinen putki, ja hämmästyttävän, kylmä ilma tulee ulos yksi haara T, ja kuuma ilma tulee ulos toinen haara T. olin epäilyttävä tarpeeksi ymmärtää, että tämä tarkoitti, että jotenkin energiaa oli siirtymässä ”ylämäkeen” lämpötilasta saapuvan virran kuumempi lähtö haara. Ongelmalauseke oli hyvin tarkka ja sisälsi massavirtausnopeudet ja lämpötilat ja paineet, joten jatkoin tekemään laskelmia, jotka osoittivat, että vaikka ulosvirtaavien ilmavirtojen netto-entropia oli pienempi kuin tulevan ilmavirran entropia, mikä osoitti sen mahdottomuuden. Pyörreputket ovat todellisia. Olin tehnyt laskuvirheen, vaikka professori oli niin antelias, että myönsi minulle osittaisen kunnian siitä, että ainakin ajattelin etsiä toisen lain rikkomista. Pointtini tässä on, että 2. laki on otettava huomioon, kun yrität ”pumpata” energiaa kylmästä paikasta kuumempaan paikkaan.

Anna termosähköiset Jäähdyttimet (tai TEC: t). Nämä ovat nokkelia pieniä vempaimia, jotka käyttävät vakiintunutta Peltier-efektiä. Ne ovat kuin käänteisiä termopareja. Olet varmaan itsekin nähnyt niitä jossain olutjäähdyttimen tai vastaavan muodossa. Ne ilmeisesti toimivat (ja on patentoitu). Yksi näppärimmistä asioista niissä on, että niissä ei ole liikkuvia osia ja ne voivat olla täysin äänettömiä. Haet sähköä laitteen terminaaleihin, ja gadgetin yksi ”puoli” kylmenee (”sisäpuoli” RV-jääkaapin tapauksessa), kun taas samanaikaisesti toinen puoli (tai ulkopuolella) kuumenee. On selvää, että jos lähiympäristön lämpötila on jossain näiden kahden äärilämpötilan välissä, lämpöä virtaa välttämättä ulos kuumalta puolelta ympäristöön, ja lämpöä virtaa laitteen kylmälle puolelle ympäristöstä (tai mitä tahansa se koskettaa, esim.oluesi). Jos kuuntelet, päättelet kaksi asiaa.: 1) Tämä saattaa olla todella näppärä tapa jäähdyttää elektroniikkaa ilman tuulettimia tai nestemäisiä jäähdytysaineita; ja 2) Jos tämä ei riko 2.lakia, on olemassa joitakin kriittisiä kohteita, joita emme ole vielä vaivautuneet harkitsemaan (ja se voi purra meitä lopulta).

tässä on tämä juttu: sitä kutsutaan lämpökoneen Carnot-hyötysuhteeksi. Sovellus antaa sinulle nopean arvion lämpötilojen perusteella siitä, kuinka paljon ylimääräistä lämpöä sinun täytyy lisätä jäähdytysjärjestelmään siirtääksesi osan tuosta lämmöstä kylmemmästä paikasta kuumempaan paikkaan. (Itse asiassa, se on mitä voit välttää rikkomasta 2nd laki). Todistelun vuoksi saattaa käydä ilmi, että siirtääksesi 1W pois risteyksestä, sinun on lisättävä ylimääräinen 1 W, mikä tarkoittaa, että lopullinen siili on hylättävä 2 W ympäristöön alkuperäisen 1 W: n sijaan. mistä ylimääräinen energia tulee? Noiden hiljaisten sähköpäätteiden kautta. Voltit käytetään kertaa ampeeria toimitetaan vastaa ylimääräistä energiaa, joka ei ollut siellä ennen.

Aye, there ’ s the rub! Toki voit luoda miniatyyri Peltier jäähdytin ja alentaa liitoksen lämpötila (TJ, ”sisällä” elektroniikkakomponentti) jotain viileämpää kuin ympäröivä ympäristö, tai jopa – ei olla ahne – vain tehdä siitä pienempi kuin se oli ilman jäähdytin! Ongelma on se, että kun kytket jäähdyttimen päälle, lisäät energiaa koko järjestelmään saadaksesi alemman Tj: n. Makroasteikon lämpöanalyytikon näkökulmasta tämä on yleensä väärin, koska useimmiten sinulla oli jo vaikeuksia saada kaikki lämpö pois elimistöstäsi. (Itse asiassa, että ongelma on, miksi TJ oli kuumempi kuin halusit aluksi.) Esimerkiksi, PC board vastus voi olla 2x pienempi kuin se oli ennen (isompi lämmön levitin, suurempi tuuletin, jne.), hylkäämään jäähdyttimen lisäämän lämmön saadakseen alemman Tj: n. Mutta jos olisit voinut tehdä sen, niin olisit vain tehnyt sen – toisin sanoen lisäämättä kylmälaukkua – ja olisit laskenut Tj: n määrää joka tapauksessa!

nyt keksin pari tilannetta, joissa TEC voisi olla erinomainen valinta, mutta laskelmista pitää olla varma. Ensimmäinen on, kun sinulla on hyvin pieni, paikallinen, pitoisuus lämpöä ja sinulla on varaa ajaa alas lämpötila, että paikalla kustannuksella lämmittää kaiken muun ympärillä vain hieman. Toinen on, kun todella täytyy hallita tietyn laitteen lämpötilaa elektroniikkajärjestelmässä, esimerkiksi kuva-anturi (jossa ns. ”pimeä virta” on vakava ongelma ja nousee nopeasti lämpötilan kanssa). Tässä jälkimmäisessä tapauksessa, sinun täytyy olla jonkin verran marginaalia oman järjestelmän ”lämpöbudjetti”, koska järjestelmän näkökulmasta sinun täytyy päästä eroon ylimääräistä lämpöä.

Minun neuvoni on miettiä hyvin tarkkaan, onko TEC todella oikea asia elektroniikan jäähdytysongelmaan. Ja sen käyttäminen oluen viilentämiseen ei ehkä ole paras valinta myöskään, jos aiot miettiä tarkkaan elektroniikkasi viilentämistä! Sinä olet tuomari!