milyen termoelektromos hűtő igazán jó…
- Roger Stout
tündérmesék… örökmozgó gépek… nem minden mese örökmozgó gépek, de minden örökmozgó gépek minden bizonnyal tündérmesék. Mielőtt azonban belemennék a termoelektromos hűtők sajátosságaiba, helyénvalónak tűnik a mesék ezen kategóriájának színtere.
az Örökmozgó “gépeknek” két klasszikus típusa van, az úgynevezett (nem annyira kreatív) “1.típusú” és “2. típusú” gépek (vagy ugyanolyan kreatív módon az “1. típusú” és a “2. típusú”gépek). Az 1. típusú gépek valószínűleg azonnal ismerősek az Ön számára. Megsértik a termodinamika első törvényét, amely kimondja, hogy az energiát nem lehet létrehozni vagy megsemmisíteni, csak egyik formából a másikba átalakítani. Az 1. típusú gépek általában valamilyen forgó mechanizmust tartalmaznak, amelynek látszólag okos kialakítása révén a nyomaték mindig állandó irányban generálódik (vagy esetleg váltakozik az irányban, de átlagosan az egyik irányt részesíti előnyben). Súrlódás (vagy terhelés) hiányában örökké mozognának energia hozzáadása nélkül. Az 1-es típusú gépek olyan könnyen elérhetők, hogy az Egyesült Államok Szabadalmi Hivatala nem fogadja el az ilyen típusú gépekre vonatkozó kérelmeket működő modell nélkül. Ritka esetekben az “okosság” mindig abban rejlik, hogy valahol elrejtünk egy kis energiaforrást, és a szabadalmi tisztviselő feladata, hogy okosabb legyen, mint a feltaláló, és megtalálja! Az 1. típusú gépek legszembetűnőbb példái azok, ahol a feltaláló valójában azt állítja, hogy terhelést vezet, annak ellenére, hogy nincs energiaforrás a gép számára. A Sneakier példák nem rejtik el azt a tényt, hogy energiaforrásuk van, csupán azt állítják, hogy több energiát szállítanak ki, mint amennyit befogadnak. Például néhány évvel ezelőtt felkértek, hogy értékeljem a “szabad energiájú zérófogó generátort”, amely azt állította, hogy több elektromos energiát szolgáltat ki, mint a meghajtott szélturbina. (Ebben az esetben úgy gondolom, hogy a feltaláló nem szándékosan megtévesztő volt, de sajnálatosan nem tudta, hogyan kell mérni az elektromos energiát!)
a 2. típusú gépek finomabbak. Megsértik a termodinamika második törvényét, amely kimondja, hogy az entrópia nem csökkenthető (zárt rendszerben). Az entrópia egy olyan fogalom, amelyet kissé nehéz megérteni, nemhogy számszerűsíteni, de nagyon gyakran fel lehet forralni arra az egyszerű megfigyelésre, hogy a hő soha nem tud passzívan áramlani egy hidegebb helyről egy forróbb helyre. Ha úgy tűnik, hogy ez történik, akkor vagy elmulasztott valami fontosat, vagy pedig jóhiszemű 2-es típusú örökmozgó gépet kapott. Emlékszem (kínosan) egy vizsgára az első egyetemi termodinamikai tanfolyamomon. Arra kértek minket, hogy értékeljünk egy furcsa (és gyanús hangzású) dolgot, amelyet “örvénycsőnek” hívnak.”Egy örvénycsőben sűrített levegőt juttatnak egy T alakú cső alapjába, és meglepő módon a T egyik ágából hideg levegő jön ki, a T másik ágából pedig forró levegő jön ki.elég gyanús voltam ahhoz, hogy rájöjjek, hogy ez azt jelenti, hogy valamilyen energia “felfelé” mozog a bejövő áramlás hőmérsékletétől a melegebb kimeneti ágig. A problémamegállapítás nagyon specifikus volt, és tartalmazta a tömegáramlást, a hőmérsékletet és a nyomást, ezért elvégeztem a számításokat, amelyek azt mutatták, hogy bár nem jött létre nettó energia, a kiáramló levegőáramok nettó entrópiája kisebb volt, mint a bejövő levegőáram entrópiája, így bizonyítva annak lehetetlenségét. Kiderült, hogy az örvénycsövek valódiak! Számítási hibát követtem el, bár a professzor elég nagylelkű volt ahhoz, hogy részleges hitelt adjon nekem, mert legalább arra gondoltam, hogy a 2.törvény megsértését keresem. A lényeg az, hogy a 2.törvényt figyelembe kell venni, amikor megpróbálsz “szivattyúzni” energiát egy hideg helyről egy melegebb helyre.
adja meg a termoelektromos hűtőket (vagy TEC-ket). Ezek okos kis modulok, amelyek a jól bevált Peltier-effektust használják. Olyanok, mint a fordított hőelemek. Valószínűleg látta őket valahol maga sörhűtő vagy valami hasonló formájában. Természetesen működik (és szabadalmaztatott). Az egyik legszebb dolog bennük az, hogy nincsenek mozgó alkatrészeik, és teljesen csendesek lehetnek. A készülék termináljain áramot alkalmaz, és a készülék egyik “oldala” kihűl (RV hűtőszekrény esetén a “belső”), míg a másik oldal (vagy kívül) felforrósodik. Nyilvánvaló, hogy ha a környező környezet hőmérséklete valahol a két szélsőséges hőmérséklet között van, a hő szükségszerűen kiáramlik a forró oldalról a környezetbe, és a hő a környezetből áramlik a készülék hideg oldalába (vagy bármi, ami megérinti, pl. a sör). Ha figyelsz, két dolgot fogsz megkötni: 1) Ez lehet egy nagyon okos módja az elektronika hűtésének ventilátorok vagy folyékony hűtőfolyadékok használata nélkül; és 2) Ha ez nem sérti a 2.törvényt, van néhány kritikus elem, amelyet még nem vettünk figyelembe (és végül megharaphat minket).
itt van ez a dolog: ezt hívják a hőmotor Carnot hatékonyságának. Az alkalmazásban gyors értékelést ad az érintett hőmérsékletek alapján arról, hogy mennyi extra hőt kell hozzáadnia a hűtőrendszerhez annak érdekében, hogy a hő egy részét hidegebb helyről melegebb helyre mozgassa. (Valójában ez teszi lehetővé, hogy elkerülje a 2.törvény megsértését). Az érvelés kedvéért, kiderülhet, hogy az 1W elmozdulása egy csomópontból, hozzá kell adnia egy további 1 W-ot, ami azt jelenti, hogy a végső hűtőbordának el kell utasítania 2 W a környezetbe az eredeti helyett 1 W. honnan jön az extra energia? Azokon a szép, csendes, elektromos terminálokon keresztül. Volt alkalmazott alkalommal amper szállított egyenlő extra energiát, hogy nem volt ott, mielőtt.
igen, ott van a bökkenő! Persze, létrehozhat egy miniatűr Peltier hűtőt, és csökkentheti a csatlakozási hőmérsékletet (Tj, az elektronikus alkatrész “belseje”) valami hűvösebbre, mint a környező környezet, vagy akár – ne legyünk mohóak – csak alacsonyabbá teheti, mint a hűtő nélkül! A probléma az, hogy amikor bekapcsolja a hűtőt, energiát ad hozzá a teljes rendszerhez, hogy megkapja az alacsonyabb Tj-t. A makroszintű hőelemző szempontjából ez általában rossz dolog, mert gyakrabban, mint nem, már eleve gondjai voltak azzal, hogy az összes hőt kiszedje a rendszeréből. (Valójában ez a probléma az, hogy a Tj melegebb volt, mint amit kezdeni akartál.) Például a PC-kártya ellenállásának 2x alacsonyabbnak kell lennie, mint korábban (nagyobb hőterítő, nagyobb ventilátor stb.), hogy elutasítsa a hűtő által hozzáadott hőt az alsó Tj elérése érdekében. De ha ezt meg tudnád csinálni, akkor ezt csak meg kellett volna tenned – más szóval, a hűtő hozzáadása nélkül–, és amúgy is leengedted volna a TJ-t!
most eszembe jut néhány olyan helyzet, amikor a TEC kiváló választás lehet, de nagyon biztosnak kell lennie a számításaiban. Az első az, amikor nagyon kicsi, lokalizált hőkoncentrációnk van, és megengedhetjük magunknak, hogy az adott hely hőmérsékletét csökkentsük annak rovására, hogy minden mást csak egy kicsit felmelegítsünk körülötte. A második az, amikor valóban szükség van egy adott eszköz hőmérsékletének szabályozására egy elektronikai rendszeren belül, például egy képérzékelőre (ahol az úgynevezett “sötét áram” komoly probléma, és a hőmérséklet gyorsan emelkedik). Ez utóbbi esetben van, hogy bizonyos mozgásteret a rendszer “termikus költségvetés”, mert a rendszer szempontjából fogsz, hogy megszabaduljon néhány extra hőt.
azt tanácsolom, hogy nagyon alaposan gondolja át, hogy a TEC valóban megfelelő-e az elektronikai hűtési problémájához. A sör hűtésére való használata nem biztos, hogy a legjobb választás, ha alaposan meg akarja gondolni az elektronika hűtését! Te leszel a bíró!