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Peltier-Effekt

1834
  • Jean Charles Athanase Peltier
Thermoelektrischer Kühler zur Demonstration des Peltier-Effekts in einer historischen Laborumgebung.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Der Peltier-Effekt ist das Vorhandensein von Wärme oder Kälte an einer elektrifizierten Verbindung zweier unterschiedlicher Leiter. Wenn ein Gleichstrom durch eine Verbindung zwischen zwei ungleichen Materialien fließt, wird an der Verbindung je nach Stromrichtung entweder Wärme abgegeben oder absorbiert. Die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung ist proportional zum Strom ([latex]Q = \Pi \cdot I[/latex]).

Der Peltier-Effekt ist die thermodynamisch umgekehrt Seebeck-EffektDieser Effekt tritt auf, wenn ein externer Strom durch den Übergang zweier thermoelektrischer Materialien, beispielsweise eines n- und eines p-Halbleiters, fließt. Der Strom zwingt Ladungsträger (Elektronen im n-leitenden, Löcher im p-leitenden Halbleiter), den Übergang zu überqueren. Dazu müssen die Ladungsträger Energie aufnehmen oder abgeben, um sich an die Energieniveaus des jeweils anderen Materials anzupassen.

Wenn die Ladungsträger im zweiten Material einen höheren mittleren Energiezustand annehmen, müssen sie Energie aus ihrer Umgebung aufnehmen, wodurch sich der pn-Übergang abkühlt. Umgekehrt geben sie bei einem niedrigeren Energiezustand überschüssige Energie in Form von Wärme ab und erwärmen den Übergang. Die aufgenommene oder abgegebene Wärmemenge wird durch den Peltier-Koeffizienten (Pi) quantifiziert. Ein typisches Peltier-Element besteht aus vielen solchen pn-Übergängen, die elektrisch in Reihe und thermisch parallel geschaltet sind, wodurch eine kalte und eine warme Seite entstehen. Wärme wird von der kalten zur warmen Seite transportiert, wo sie abgeführt werden muss. Daher fungieren Peltier-Elemente als Festkörper-Wärmepumpen.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Festkörperphysik

Typ

Physikalische Wirkung

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entdeckung des seebeck Wirkung (1821)
  • Verständnis von elektrischen Schaltkreisen und Verbindungen
  • Fortschritte in der Materialwissenschaft zur Schaffung ungleicher Leiter

Anwendungen

  • thermoelektrische Kühler (TECs) oder Peltier-Kühler
  • tragbare Kühlschränke und Autokühlboxen
  • Präzise Temperaturregelung für wissenschaftliche Instrumente und Laser
  • thermocycler für dna-amplifikation (pcr)
  • Punktkühlung von elektronischen Komponenten wie CPUs

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • leise, vibrationsfreie Klimaanlagen für Gebäude
  • Lokale Kühlsysteme, die direkt in CPU-Chips eingebettet sind
  • temperaturgeregelte Versandbehälter für empfindliche medizinische Güter
  • Schnellheiz-/Kühlgeräte für die Lebensmittelzubereitung
  • tragbar personal climate control systems (heated/cooled jackets)
  • Festkörper-Luftentfeuchter
  • Bedarfsgerechte Kühlung für Getränkeautomaten
  • Wärmemanagement für Hochleistungsbatterien in Elektrofahrzeugen
  • aktive Kühlung für hochauflösende digitale Kamerasensoren
  • Miniatur-Kryokühler für wissenschaftliche Detektoren
Related to: Peltier effect, thermoelectric cooling, Peltier cooler, solid-state refrigeration, TEC, heat Pumpe, Joule-Erwärmung, Peltier-Koeffizient, Halbleiterübergang, Wärmemanagement.

Historischer Kontext

Peltier-Effekt

1831
1831
1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1831
1831
1832
1834
1835
1838
1841
1845

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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