Лето в этом году выдалось на удивление жаркое. В такую погоду, невольно начинаешь жалеть, что не установил кондиционер весной, когда еще цены на них ее кусались. И тут я задумался, а какие бывают охлаждающие элементы и как они работают.
Если с нагревательными и осветительными элементами все просто - в них электрическая энергия непосредственно преобразуется либо в тепловую, либо в световую. То с охлаждающими устройствами совсем не так. Их задача не преобразовать энергию, а лишить этой энергии окружающий воздух и с его помощи различные предметы.
Для начала, давайте вспомним из школьного курса физики, что такое тепло, и что такое холод. Так как я в школе учился неважно (пришлось заканчивать среднее образование в вечерней школе), то за информацией я обратился в интернет, а так же к своему радиолюбительскому опыту.
В интернете написано, что теплота это внутренняя энергия тела. Я же понимаю это так - взять скажем кусок металла, чем сильнее колеблются его частицы относительно друг друга, тем теплее этот кусок металла. Если продолжить нагревать, частицы станут настолько подвижными, что металл расплавится. И наоборот, замедлив колебание частиц, мы охлаждаем вещество. Так, получается, что для того, чтобы охладить воздух (или любой предмет), нужно замедлить движение его частиц, отнять у них энергию. При помощи чего можно это сделать?
Известно, что веществам для испарения, нужно огромное количество энергии. Многие наверно замечали, что если резко спустить колесо автомобиля (в детстве мы проделывали это с колесами соседей), то ниппель покроется инеем. Воздух, выходя из колеса расширяется, тем самым отнимая энергию у тел, с которыми соприкасается по пути. В данном случае с ниппелем. Теперь понятно как работают холодильник и кондиционер. В них компрессор, вращаемый электрическим двигателем сжимает газ, газ при этом нагревается и отдает тепло радиатору, который расположен сзади холодильника. Затем газ поступает в испаритель, где в результате резкой потери давления, отбирает тепло у его стенок. Испаритель снаружи делается очень холодным и охлаждает камеру холодильника, ну или вашу комнату, если речь идет о кондиционере.
В описанном выше примере электрическая энергия испытывает несколько превращений, прежде чем результат будет достигнут. Возникает вопрос, а нельзя ли создать такую деталь, электрическая энергия в которой будет непосредственно "превращаться" в холод? Оказывается можно. Достаточно просто скрутить между собой два проводника из разных металлов. На границе их скрутки образуется барьер, преодолевая который электроны будут вынуждены затрачивать энергию, тем самым охлаждая один из проводников и нагревая другой. Данный эффект при прохождении тока через соединение проводников был открыт французским физиком Жаном Пельтье почти двести лет назад. Но разница температур будет настолько мала, что один проводник быстро нагреет другой и мы не заметим никакого охлаждения.
Другое дело если мы используем полупроводники. Данный эффект используется в электрическом элементе, который назван в честь своего изобретателя - элемент Пельтье. Элемент Пельтье представляет собой небольшой прямоугольник с двумя выводами. Пропуская ток через элемент, одна его сторона начнет охлаждаться, а другая нагреваться. Причем настолько сильно, что холодная сторона может даже покрыться инеем.
Маленький размер, никаких компрессоров, поршней и подвижных деталей, никаких газов, испарений, давлений и т.д. Идеальный холодильник! Достаточно поменять полярность подводимого тока и холодная и горячая сторона поменяются местами! Никакого шума при использовании.
Однако есть и недостатки - низкий коэффициент полезного действия и большое энергопотребление. В связи с этим применение элементов Пельтье в холодильниках и кондиционерах пока невозможно. Но есть места где без них просто не обойтись. Охладить матрицу цифрового фотоаппарата, микропроцессор в сложном устройстве, сок в автомобильной кружке. Во всех этих приборах с успехом применяется элемент Пельтье.
Кстати у данного элемента есть и еще одна интересная особенность - если начать искусственно охлаждать одну сторону и нагревать другую, то элемент Пельтье превратится в генератор электричества!
Вот такой интересный элемент. В популярных интернет магазинах элемент Пельтье, выполненный в виде квадратика четыре на четыре сантиметра стоит около двухсот рублей. Я планирую приобрести один из таких элементов и использовать его для охлаждения оборудования радиолюбительского репитера, расположенного в железном шкафу. Закреплю с двух сторон на элемент Пельтье по радиатору, в стенке шкафа сделаю квадратное отверстие и вставлю элемент так, что холодный радиатор окажется внутри, а горячий снаружи. На холодный радиатор дополнительно можно будет закрепить вентилятор, для циркуляции холодного воздуха внутри шкафа с радиоаппаратурой. А зимой, когда шкаф нужно подогревать, просто поменяю полярность на элементе.
Если вам понравилась статья про интересный полупроводниковый элемент, поставьте палец вверх и подпишитесь на мой канал. Так же рекомендую прочитать статью Что такое магнетрон?