ce un Cooler termoelectric este foarte bun pentru…
- Roger Stout
basme… mașini de mișcare perpetuă… nu toate basmele sunt mașini de mișcare perpetuă, dar toate mașinile de mișcare perpetuă sunt cu siguranță basme. Înainte de a intra în specificul răcitoarelor termoelectrice, totuși, pare potrivit să stabilim scena pentru această categorie specială de basme.
există două tipuri clasice de „mașini” de mișcare perpetuă, numite (nu atât de creativ) mașini „tip 1” și „tip 2” (sau la fel de creativ, mașini de „tip 1” și „tip 2″). Mașinile de tip 1 sunt cele mai probabil cunoscute imediat. Ele încalcă Prima Lege a termodinamicii, care afirmă că energia nu poate fi creată sau distrusă, ci doar transformată dintr-o formă în alta. De obicei, mașinile de tip 1 implică un fel de mecanism rotativ care, printr-un design aparent inteligent, reușește să aibă întotdeauna cuplul generat într-o direcție constantă (sau poate alternează direcția, dar cu o medie favorizând o direcție). În absența frecării (sau a unei sarcini), acestea s-ar mișca pentru totdeauna fără nicio adăugare de energie. Mașinile de tip 1 sunt atât de ușor de găsit încât Oficiul De brevete din SUA nu va accepta aplicații pentru mașini de acest tip fără un model funcțional. În cazurile rare, unul este furnizat,” istețimea ” invariabil se află în ascunde o mică sursă de energie undeva, și de locuri de muncă ofițer de brevet este de a fi mai inteligent decât inventatorul și găsi! Cele mai flagrante Exemple de mașini de tip 1 sunt cele în care inventatorul pretinde de fapt că conduce o sarcină, chiar dacă nu există o sursă de energie pentru mașină. Exemple Sneakier nu ascund faptul că au o sursă de energie, ei pretind doar pentru a furniza mai multă energie decât le iau în. De exemplu, acum câțiva ani mi s-a cerut să evaluez „generatorul de cogging zero cu energie liberă”, care pretindea că furnizează mai multă energie electrică decât a introdus turbina eoliană. (În acest caz, cred că inventatorul nu a fost intenționat înșelător, dar a fost teribil de ignorant cu privire la modul de măsurare a energiei electrice!)
mașinile de tip 2 sunt mai subtile. Acestea încalcă A doua lege a termodinamicii, care afirmă că entropia nu poate fi redusă (într-un sistem închis). Entropia este un concept un pic dificil de înțeles, să nu mai vorbim cuantifica, dar foarte des poate fi fiert în jos în simpla observație că căldura nu poate curge pasiv dintr-un loc mai rece într-un loc mai fierbinte. Dacă acest lucru pare să se întâmple, fie ați ratat ceva crucial, fie aveți o mașină de mișcare perpetuă de tip 2 de bună credință. Îmi amintesc (jenant)un examen la primul meu curs de termodinamică. Ni s-a cerut să evaluăm un lucru curios (și sonor) numit „tub vortex”.”Într-un tub vortex, aerul comprimat este furnizat la baza unei țevi în formă de T și, uimitor, aerul rece iese dintr-o ramură a T, iar aerul cald iese din cealaltă ramură a T. Am fost suficient de suspicios pentru a-mi da seama că acest lucru presupunea că cumva o anumită energie se deplasa” în sus ” de la temperatura fluxului de intrare la ramura de ieșire mai fierbinte. Afirmația problemei a fost foarte specifică și a inclus debite de masă, temperaturi și presiuni, așa că am procedat la calcule care arată că, deși nu se crea energie netă, entropia netă a fluxurilor de aer care ieșeau era mai mică decât entropia fluxului de aer care intra, dovedind astfel imposibilitatea acestuia. Se pare că tuburile vortex sunt un lucru real! Am făcut o eroare de calcul, deși profesorul a fost destul de Generos să-mi acorde credit parțial pentru cel puțin gândire de a căuta o încălcare a legii a 2-a. Ideea mea aici este că legea a 2-A trebuie luată în considerare ori de câte ori încercați să „pompați” energia dintr-un loc rece într-un loc mai fierbinte.
introduceți răcitoarele termoelectrice (sau TEC). Acestea sunt mici gadgeturi inteligente care folosesc efectul Peltier bine stabilit. Sunt ca niște termocupluri inverse. Probabil că le-ați văzut undeva sub forma unui răcitor de bere sau ceva similar. Evident, funcționează (și au fost brevetate). Unul dintre cele mai frumoase lucruri despre ele este că nu au părți în mișcare și pot fi complet tăcute. Aplicați electricitate la bornele dispozitivului și o „parte” a gadgetului se răcește („interiorul” în cazul unui frigider RV), în timp ce cealaltă parte (sau în exterior) se încălzește. Evident, dacă temperatura mediului înconjurător este undeva între aceste două extreme de temperatură, căldura va curge neapărat din partea fierbinte către mediu, iar căldura va curge în partea rece a dispozitivului din mediu (sau orice ar atinge, de exemplu, berea). Dacă sunteți atenți, veți concluziona două lucruri: 1) acesta ar putea fi un mod foarte inteligent de răcire a electronicelor fără a fi nevoie să folosiți ventilatoare sau lichide de răcire lichide; și 2) dacă acest lucru nu încalcă legea a 2-A, există un element critic pe care încă nu ne-am deranjat să îl luăm în considerare (și ne poate mușca în cele din urmă).
iată acest lucru: se numește eficiența Carnot a unui motor termic. În aplicație, vă oferă o evaluare rapidă, pe baza temperaturilor implicate, a cantității de căldură suplimentară pe care va trebui să o adăugați la un sistem de răcire pentru a muta o parte din căldura respectivă dintr-un loc mai rece într-un loc mai fierbinte. (De fapt, este ceea ce vă permite să evitați încălcarea legii a 2-a). De dragul argumentului, s-ar putea dovedi că pentru a muta 1W dintr-o joncțiune, trebuie să adăugați încă 1 W, ceea ce înseamnă că radiatorul dvs. final trebuie să respingă 2 W în mediu în loc de originalul 1 W. De unde vine energia suplimentară? Prin acele terminale electrice frumoase, liniștite. Volți aplicate ori amperi furnizate este egal cu un plus de energie, care nu a fost acolo înainte.
da, acolo e rub! Sigur, puteți crea un răcitor Peltier în miniatură și puteți reduce temperatura joncțiunii (Tj, „interiorul” unei componente electronice) la ceva mai rece decât mediul înconjurător sau chiar – să nu fim lacomi – faceți-o mai mică decât era fără răcitor! Problema este că, atunci când porniți răcitorul, veți adăuga energie la sistemul general pentru a obține acel Tj mai mic. Din perspectiva unui analist termic la scară macro, acesta este de obicei un lucru greșit de făcut, deoarece, de cele mai multe ori, aveați deja probleme să scoateți toată căldura din sistemul dvs. în primul rând. (Într-adevăr, această problemă este motivul pentru care Tj-ul tău a fost mai fierbinte decât ai vrut să începi.) De exemplu, rezistența plăcii PC-ului ar putea fi de 2 ori mai mică decât înainte (distribuitor de căldură mai mare, ventilator mai mare etc.), pentru a respinge căldura adăugată de răcitor pentru a obține TJ inferior. Dar dacă ai putea face asta, atunci ar fi trebuit să faci asta – cu alte cuvinte, fără a adăuga răcitorul – și oricum ți-ai fi coborât Tj-ul!
acum mă pot gândi la câteva situații în care un TEC ar putea fi o alegere excelentă, dar trebuie să fii foarte sigur de calculele tale. Primul este, atunci când aveți o concentrație foarte mică, localizate, de căldură și vă puteți permite să conducă în jos temperatura de acel loc în detrimentul de încălzire orice altceva în jurul ei doar un pic. Al doilea este, atunci când de fapt trebuie să controlați temperatura unui anumit dispozitiv într-un sistem electronic, de exemplu, un senzor de imagine (unde așa-numitul „curent întunecat” este o problemă gravă și crește rapid cu temperatura). În acest ultim caz, trebuie să aveți o marjă în „bugetul termic” al sistemului dvs., deoarece dintr-o perspectivă a sistemului va trebui să scăpați de puțină căldură suplimentară.
sfatul meu este să vă gândiți foarte atent dacă un TEC este într-adevăr lucrul potrivit pentru problema dvs. de răcire electronică. Și folosind-o pentru a vă răci berea poate să nu fie cea mai bună alegere, dacă veți încerca să vă gândiți cu atenție la răcirea electronicelor! Tu ești judecătorul!