Hva En Termoelektrisk Kjøler ER VELDIG Bra for…
- Roger Stout
Eventyr… evigvarende bevegelsesmaskiner… Ikke alle eventyr er evigvarende bevegelsesmaskiner, men alle evigvarende bevegelsesmaskiner er sikkert eventyr. Før jeg kommer inn i spesifikkene til termoelektriske kjølere, synes det imidlertid hensiktsmessig å sette scenen for denne kategorien eventyr.
Det er to klassiske typer evigvarende bevegelse «maskiner», kalt (ikke så kreativt) «type 1» og «type 2» maskiner(eller like kreativt, maskiner av «1. slag» og «2. slag»). Type 1 maskiner er de mest sannsynlig umiddelbart kjent for deg. De bryter Den Første Loven Om Termodynamikk, som sier at energi ikke kan opprettes eller ødelegges, bare transformeres fra en form til En annen. Vanligvis involverer Type 1-maskiner en slags roterende mekanisme som gjennom tilsynelatende smart design klarer å alltid ha dreiemoment generert i konstant retning (eller kanskje veksler retning, men med en gjennomsnittlig favorisering av en retning). I fravær av friksjon (eller en last), ville de bevege seg for alltid uten tilsetning av energi. Type 1 maskiner er så lett å komme med AT US Patent Office ikke vil akseptere søknader for maskiner av denne typen uten en fungerende modell. I de sjeldne tilfellene man er gitt, ligger» klokskapen » alltid i å gjemme en liten energikilde et sted, og patentoffiserens jobb er å være smartere enn oppfinneren og finne den! De mest åpenbare eksemplene På Type 1-maskiner er hvor oppfinneren faktisk hevder å kjøre en last, selv om det ikke er noen energikilde for maskinen. Sneakier eksempler skjuler ikke det faktum at de har en energikilde, de hevder bare å levere mer energi enn de tar inn. For eksempel, for noen år tilbake ble jeg bedt om å evaluere «free-energy zero-cogging generator» som hevdet å levere mer elektrisk strøm ut enn den drivende vindturbinen satt inn. (I dette tilfellet tror jeg oppfinneren ikke var forsettlig villedende, men han var sørgelig uvitende om hvordan man måler elektrisk kraft!)
Type 2 maskiner er mer subtile. De bryter Med Termodynamikkens Andre Lov, som sier at entropi ikke kan reduseres (i et lukket system). Entropi er et konsept litt vanskelig å forstå, enn si kvantifisere, men veldig ofte kan det kokes ned i den enkle observasjonen at varmen aldri passivt kan strømme fra et kaldere sted til et varmere sted. Hvis det ser ut til å skje, har du enten savnet noe avgjørende, ellers har du en bona fide Type 2 evigvarende bevegelsesmaskin. Jeg husker (pinlig) en eksamen på mitt første grunnkurs i termodynamikk. Vi ble bedt om å evaluere en nysgjerrig (og fishy-lydende) ting som kalles et » vortexrør.»I et virvelrør leveres trykkluft inn i bunnen av Et t-formet rør, og utrolig kommer kald luft ut en gren Av T, og varm luft kommer ut den andre grenen Av T. jeg var mistenkelig nok til å innse at dette innebar at noe energi beveget seg» oppoverbakke » fra temperaturen til den innkommende strømmen til den varmere utgangsgrenen. Problemstillingen var veldig spesifikk, og inkluderte massestrømningshastigheter og temperaturer og trykk, så jeg fortsatte å gjøre beregningene som viste at selv om ingen netto energi ble opprettet, var netto entropi av de utgående luftstrømmene mindre enn entropien til den innkommende luftstrømmen, og viste dermed at det var umulig. Viser seg, vortex rør er en ekte ting! Jeg hadde gjort en beregningsfeil, selv om professoren var sjenerøs nok til å gi meg delvis kreditt for i det minste å tenke på å lete etter et brudd på 2.Lov. Mitt poeng her er at 2. Lov må vurderes når du prøver å «pumpe» energi fra et kaldt sted til et varmere sted.
Skriv Inn Termoelektriske Kjølere (ELLER TEC-Er). Dette er smarte små gadgets som bruker den veletablerte Peltier-effekten. De er som omvendte termoelementer. Du har sikkert sett dem et sted selv i form av en ølkjøler eller noe lignende. De fungerer åpenbart (og har blitt patentert). En av de niftiest ting om dem er at de ikke har noen bevegelige deler og kan være helt stille. Du bruker strøm på enhetens terminaler, og en» side «av gadgeten blir kald («innsiden» i TILFELLE AV ET RV-kjøleskap), samtidig som den andre siden (eller utsiden) blir varm. Selvfølgelig, hvis omgivelsens temperatur er et sted mellom de to temperatur ekstremer, vil varmen nødvendigvis strømme ut av den varme siden til miljøet ,og varmen vil strømme inn i den kalde siden av enheten fra miljøet(eller hva det berører, f. eks. Hvis du betaler oppmerksomhet, vil du konkludere med to ting: 1) dette kan være en veldig smart måte å kjøle elektronikk uten å måtte bruke vifter eller flytende kjølevæsker; og 2) hvis dette ikke bryter 2. Lov, er det noe kritisk element vi ennå ikke har plaget å vurdere (og det kan bite oss til slutt).
Her er denne tingen: Det kalles Carnot-effektiviteten til en varmemotor. Ved bruk gir den deg en rask vurdering, basert på temperaturene som er involvert, av mengden ekstra varme du må legge til et kjølesystem for å flytte noe av varmen fra et kaldere sted til et varmere sted. (Faktisk er det det som lar deg unngå å bryte 2. Lov). For argumentets skyld kan det vise seg AT for å flytte 1W ut AV et veikryss, må du legge til en ekstra 1 W, noe som betyr at din endelige kjøleribbe må avvise 2 W til miljøet i stedet for den opprinnelige 1 W. Hvorfra kommer den ekstra energien? Gjennom de fine, stille, elektriske terminaler. Volt brukt ganger ampere levert tilsvarer ekstra energi som ikke var der før.
Ja, det er gni! Jo, du kan lage en Miniatyr Peltier kjøler og senke kryssetemperaturen (Tj, «innsiden» av en elektronisk komponent) til noe kjøligere enn omgivelsene, eller til og med – la oss ikke være grådige – bare gjør det lavere enn det var uten kjøleren! Problemet er at når du slår på kjøleren, vil du legge til energi til det totale systemet for å få den lavere Tj. Fra en makro-skala termisk analytiker perspektiv, dette er vanligvis feil ting å gjøre, fordi oftere enn ikke, du allerede har problemer med å få all varmen ut av systemet i første omgang. (Faktisk er det problemet hvorfor Tj var varmere enn du ønsket å begynne med.) FOR EKSEMPEL MÅ PC-styrets motstand være 2x lavere enn det var før(større varmespreder, større vifte, etc.), for å avvise varmen tilsatt av kjøleren for å få den nedre Tj. Men hvis du kunne gjøre det, burde du bare ha gjort det-med andre ord uten å legge til kjøleren-og du ville ha senket Tj en haug uansett!
Nå kan Jeg tenke på et par situasjoner der EN TEC kan være et utmerket valg, men du må være veldig sikker på beregningene dine. Den første er, når du har en veldig liten, lokalisert, konsentrasjon av varme, og du har råd til å kjøre ned temperaturen på det stedet på bekostning av å varme opp alt annet rundt det bare litt. Den andre er når du faktisk trenger å kontrollere temperaturen til en bestemt enhet i et elektronikksystem ,for eksempel en bildesensor (hvor såkalt «mørk strøm» er et alvorlig problem og går opp raskt med temperatur). I dette sistnevnte tilfellet må du ha litt margin i systemets «termiske budsjett», fordi fra et systemperspektiv må du bli kvitt litt ekstra varme.
Mitt råd er å tenke veldig nøye på om EN TEC virkelig er den rette tingen for ditt elektronikkkjølingsproblem. Og bruke den til å kjøle øl kan ikke være det beste valget, enten, hvis du skal prøve å tenke nøye om kjøling elektronikk! Du er dommeren!