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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Termoeletricidade. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Radioamador iniciante Se você medir o calor liberado durante um determinado processo físico, poderá avaliar tanto a presença do processo quanto a intensidade de sua ocorrência. Neste caso, é incomparavelmente mais conveniente operar com grandezas elétricas. Sensores termoelétricos permitem que medições sejam feitas em uma ampla faixa de temperaturas – desde o núcleo de uma caldeira nuclear até as profundezas do espaço. Com base no método de conversão, os sensores podem ser divididos em grupos. Um grupo inclui sensores que alteram sua resistência ôhmica devido à influência do calor. Estes são os chamados termistores ou termistores. Termistores PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo) são resistores semicondutores com coeficiente de temperatura positivo. Eles aumentam drasticamente sua resistência quando uma determinada temperatura característica é ultrapassada e são utilizados em redes de alimentação automotiva para proteção contra surtos de corrente, como proteção para compressores de refrigeração, como fusíveis de auto-reinicialização e em vários outros casos. Termistores NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo) são resistores semicondutores com coeficiente de temperatura negativo. Estruturalmente, eles são projetados na forma de discos e são utilizados para compensação de temperatura de circuitos eletrônicos, limitando a corrente de partida, etc. A curva de mudança de resistência é linear apenas em algumas áreas da mudança de temperatura, e a faixa de temperatura operacional é -40 ...+200°C. Neste subgrupo, devem ser feitas menções especiais aos termistores NTC TPA-1 e TPA-2, feitos com base em monocristais de diamante artificial, que se distinguem pela estabilidade de parâmetros a longo prazo e inércia térmica excepcionalmente baixa. As suas pequenas dimensões (diâmetro 1,2 mm) permitem que sejam incorporados, por exemplo, na haste de um ferro de soldar. Faixa de temperatura operacional - 80...600°K. Sensores baseados em termistores são voláteis, ou seja, requerem medição de tensão. Outro amplo grupo inclui termopares, ou seja, sensores térmicos nos quais uma fem aparece no ponto de contato de dois metais diferentes (Fig. 1). Sensores deste tipo não são voláteis, porque Quando a junção é aquecida, o termoEMF resultante é suficiente para medições.
Se você conectar duas extremidades de condutores feitos de metais diferentes e depois aquecer a junção, poderá observar o aparecimento de uma fem nas extremidades livres. A magnitude do termoEMF de contato não depende da área de contato ou do formato dos condutores, mas é determinada apenas por quais metais estão em contato e qual é sua temperatura. Na prática de utilização de termopares, costuma-se distinguir entre duas conexões de condutores - junções quentes e frias. A junção quente é uma conexão localizada na zona de aquecimento e a junção fria está fora da zona medida. Neste caso, o nome junta fria é puramente condicional, pois o circuito elétrico é fechado através da impedância do circuito de medição (dispositivo). Se ambas as extremidades da junta fria estiverem em curto-circuito, o valor termoEMF será zero. Da mesma forma, se ambas as junções forem aquecidas uniformemente, as forças perturbadoras serão equilibradas pelas elétricas. A magnitude do EMF é descrita por uma fórmula simples: ЕТ=KТ(T1-T2), (1) onde Kт - coeficiente constante. Da fórmula (1) segue-se que o termoEMF é proporcional à diferença de temperatura entre metais diferentes. Coeficiente proporcional KT é denominado termoEMF específico, e seus valores para a combinação de diferentes metais e suas ligas são diferentes. Por exemplo, para um composto cobre-constantan KT= 53 * 10-3 mV/°C, para conexão prata-platina KT= 12 * 10-3 mV/°C. Para obter termoEMF de contato, os metais devem ser unidos por soldagem e fusão com um eletrodo neutro (carbono) (de preferência em ambiente de gás inerte ou em vácuo, para evitar que até mesmo moléculas de uma substância estranha entrem na junção). Bons resultados são obtidos através da união por deposição a vácuo sobre um substrato neutro de vidro de quartzo ou cerâmica. Portanto, a palavra “sono”, neste caso, é puramente condicional. Em condições amadoras, você pode fazer um bom termopar soldando dois fios com um eletrodo de carbono (tensão não superior a 36 V), combinando cobre, constante, nicrômio, fechral, níquel e prata. Você pode usar suportes de arame de uma lâmpada elétrica. Um substituto alternativo para termistores e termopares pode ser os diodos de silício, e o termoEMF que eles desenvolvem é suficiente para uso prático. A desvantagem é uma ampla gama de parâmetros e dificuldades na organização das conclusões. Nas décadas de 30...50 do século XX, foi produzido um grande número de geradores termoelétricos, movidos por diversos tipos de refrigerantes (lâmpada de querosene, gás querosene e até fogo). Geradores térmicos também foram usados em usinas nucleares. O interesse em seu uso generalizado diminuiu gradativamente devido à baixíssima eficiência, na melhor das hipóteses, mal chegando a 3%. É verdade que não faz muito tempo, especialistas japoneses desenvolveram um gerador de pulseira que funciona com o calor do corpo humano e alimenta um receptor transistor.Infelizmente, elementos alcalinos baratos e baterias de níquel-cádmio “fecharam” o desenvolvimento de geradores térmicos. Há outra aplicação da termoeletricidade, ou melhor, um fenômeno descoberto em 1834 pelo relojoeiro Peltier, que chamou a atenção para anomalias de temperatura que surgiam próximas à junção de dois condutores feitos de metais diferentes quando uma corrente elétrica passava por eles. Mais tarde, EH Lenz investigou e explicou a natureza deste fenômeno. No experimento de Lenz, uma gota d'água foi colocada em um recesso na junção de dois condutores feitos de bismuto e antimônio, que congelavam quando uma corrente passava em uma direção e fervia na outra. O fenômeno descoberto pela primeira vez por Peltier foi chamado de efeito Peltier, e os elementos termoelétricos feitos com base nisso foram chamados de elementos Peltier (Fig. 2).
Na fabricação de elementos, os melhores resultados foram obtidos pela conexão de pares de materiais semicondutores: sulfeto de chumbo, bismuto, antimônio, zinco. Nos elementos Peltier, o processo de aquecimento e resfriamento das junções pode ser considerado como a transferência de calor sob a influência de um CEM aplicado de uma junção para outra e, por assim dizer, aumentando a condutividade térmica dos condutores. é uma junção quente e fria, mas a tensão é aplicada a um circuito fechado de metais diferentes. A junção quente é aquecida e a junção fria é resfriada, e quanto mais intenso o calor gerado é removido, mais a junção fria é resfriada. Quando a polaridade da tensão de alimentação muda, o processo também muda de sinal, o que pode levar à destruição do elemento. Para obter uma diferença significativa de temperatura, é necessário um bom refrigerante para resfriar efetivamente a junção quente. Atualmente (de acordo com o catálogo CHIP-DIP) os elementos Peltier são oferecidos para resfriamento de REA e outras finalidades onde a eficiência não desempenha um papel significativo. Literatura
Autor: I.Semenov, Dubna, região de Moscou
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