Peltierův fenomén – jedná se o jev spočívající ve změně teploty na rozhraní dvou vodičů, když jimi prochází elektrický proud. Tento efekt poprvé objevil francouzský fyzik Jean Charles Athanasio Peltier v roce 1834. Zjistil, že když se do obvodu se zdrojem stejnosměrného proudu zapojí desky různých vodičů, dochází na hranicích těchto vodičů k velmi zajímavým jevům.
hlavní fyzické důvody Výskyt Peltierova jevu je spojen se dvěma jevy: termoelektrickým a termoforickým. Při průchodu elektrického proudu hranicemi různých vodičů dochází k tzv. termoelektrickému jevu, který je spojen s přenosem energie z proudu na atomy a elektrony, což způsobuje jejich pohyb a v důsledku toho zahřívání.
Spolu s termoelektrickým jevem hraje při vzniku Peltierova jevu důležitou roli termoforický efekt nebo také nazývaný Termoforový jev. Tento efekt spočívá v tom, že když elektrický proud prochází vodičem a rovnoměrně jej zahřívá, na hranici vodičů se vytvoří zóna s nejnižší teplotou.
Fyzikální podstata Peltierova jevu
Peltierův jev je založen na jevu, ke kterému dochází, když elektrický proud prochází dvěma spojenými vodiči vyrobenými z materiálů s různým termoelektrickým chováním. V tomto případě je jeden z vodičů chlazen a druhý ohříván.
Základem pro vznik Peltierova jevu je termoelektrický jev, známý také jako Seebeck-Peltierův jev. Tento efekt je založen na jevu termoelektrické přeměny, kdy rozdíly teplot na rozhraní mezi dvěma materiály s různým termoelektrickým napětím vedou ke vzniku elektrického proudu. Elektrický proud procházející těmito materiály zase způsobí změnu jejich teploty.
Hlavní vysvětlení fyzikální podstaty Peltierova jevu spočívá v ustavení spojení mezi termoelektrickými a inverzními termoelektrickými jevy. Jde o vztah mezi závislostí teploty na elektrickém proudu a závislostí elektrického proudu na teplotním rozdílu.
Termoelektrický jev se vysvětluje rozdíly v chování elektronů a vodivosti v různých materiálech. Když teplo prochází dvěma vodiči z různých materiálů, rozdíl v hustotě elektronů v těchto materiálech vytváří rozdíl v napětí mezi dvěma hranicemi.
Fyzikální důvody Peltierova jevu zahrnují nejen Seebeck-Peltierův jev, ale také různé tepelné procesy, tepelnou vodivost a zpětnovazební efekty. Studium těchto fyzikálních principů nám umožňuje vytvářet a používat zařízení založená na Peltierově jevu k přeměně tepla na elektřinu a naopak.
Účinek elektrického proudu
Rozložení energie uvnitř polovodičové struktury způsobuje nerovnoměrné zahřívání nebo chlazení, což má za následek teplotní rozdíly na různých stranách. Termoelektrický Peltierův jev je výsledkem difúze tepelné energie a proudu elektronů, jakož i souvisejícího přenosu náboje v polovodiči.
Termoelektrodynamický efekt
Termoelektrodynamický efekt nastává v důsledku toku elektrického proudu polovodičovou strukturou. V tomto případě se polovodičový materiál zahřívá nebo ochlazuje, což způsobuje teplotní rozdíl na různých stranách. V důsledku tohoto efektu se na povrchu polovodiče objeví energetický rozdíl, který vede ke vzniku elektrodynamického Peltierova jevu.
Termionický efekt
K termionickému jevu dochází v důsledku přenosu tepla elektronu uvnitř polovodiče. Když elektrický proud prochází polovodičem, teplo se přenáší z oblasti s vysokou koncentrací elektronů do oblasti s nízkou koncentrací elektronů. Tento efekt způsobuje zahřívání nebo ochlazování polovodiče, což má za následek termionický Peltierův jev.
| Efekt | důvod |
|---|---|
| Termoelektrodynamické | Tok elektrického proudu |
| Termionické | Tepelný přenos elektronů |
Role teplotního rozdílu
Rozdíl teplot vede ke změně koncentrace elektronů a děr v polovodiči. Při zahřívání jedné z desek se zvyšuje koncentrace nosičů náboje na rozhraní mezi polovodiči, zatímco ochlazování druhé desky vede k poklesu koncentrace nosičů náboje.
Změna koncentrace nosičů náboje na rozhraní polovodičů vytváří elektrické pole, které je směrováno z desky s vyšší teplotou na desku s nižší teplotou. Toto pole způsobuje pohyb elektronů a děr v polovodiči, což má za následek elektrický proud.
Teplotní rozdíly také ovlivňují množství elektrického proudu procházejícího polovodičem. Čím větší je teplotní rozdíl mezi deskami, tím větší je elektrický proud. To se vysvětluje tím, že teplotní rozdíl ovlivňuje rychlost pohybu nosičů náboje a jejich koncentraci v polovodiči.
