Статья:

Определение качества теплопроводности термопасты посредством свойств термоэлектричества, реализованной на элементе Пельтье

Конференция: XXXVI Студенческая международная научно-практическая конференция «Технические и математические науки. Студенческий научный форум»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Карташов М.В., Анпилов Д.С. Определение качества теплопроводности термопасты посредством свойств термоэлектричества, реализованной на элементе Пельтье // Технические и математические науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. XXXVI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 1(36). URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_tech/1(36).pdf (дата обращения: 30.11.2021)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Определение качества теплопроводности термопасты посредством свойств термоэлектричества, реализованной на элементе Пельтье

Карташов Михаил Валерьевич
студент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, РФ, г. Белгород
Анпилов Данил Сергеевич
студент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, РФ, г. Белгород
Лимаров Александр Игоревич
научный руководитель, канд. техн. наук, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, РФ, г. Белгород

 

Термоэлектричество являет собой целое объединение физических явлений (Эффект Зеебека, эффект Пельтье, эффект Томсона), в которых электрический потенциал появляется благодаря разницы температур, либо же разница температур создаёт электрический потенциал.

Эти явления основываются на том, что в электрической цепи, которая состоит из разнородных полупроводников, если поддерживать на контактах этих полупроводников разницу температур начинает возникать термоэлектродвижущая сила, которая действует и подчиняется таким же законам, как и обычная электродвижущая сила (ЭДС).

Часть явлений в физике является обратимыми, соответственно термоэлектричество могло создавать термо ЭДС при разнице температур, так и при протекании тока через разные металлы в местах спаев появляется разница температур, в том числе и в отрицательную сторону.

Явление, основанное на возникновении разницы температур при протекании тока, называется эффектом Пельтье (1). Причина возникновения такого эффекта основывается на том, что средняя энергия электронов в электрическом токе в разнородных металлах является различной. Если один полупроводник имеет свободные электроны, у которых энергия выше, чем энергия электронов во втором полупроводнике, то при протекании тока из первого проводника во второй будет образовываться тепло, при обратном движении – будет происходить поглощение тепла.

где:

Q

I - сила тока;                                                     

t-  время протекания тока;

П - коэффициент Пельтье, который связан с коэффициентом термо-ЭДС  α вторым соотношением Томсона П= αT, где T — абсолютная температура в K.

Всё вышесказанное нужно для понимания работы самого элемента Пельтье – термоэлектрического преобразователя, принципе действия которого основывается на эффекте Пельтье. Базируется работа элемента Пельтье на контакте двух полупроводниковых металлов с различными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. Сам элемент состоит из маленьких полупроводниковых параллелепипедов – n-типа и p-типа, которые соединяются в паре благодаря металлическим перемычкам. Эти пары подсоединяются в последовательное соединение пар полупроводников с разным типом проводимости. Сверху находятся соединения n>p, а снизу p>n. Протекание тока – последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от протекания тока нагрев и охлаждение могут меняться местами.

При хорошем охлаждении горячей стороны элемента Пельтье холодная сторона охлаждается куда более эффективно и может достигать более отрицательной температуры, чем без охлаждения. По этому признаку можно проверить качество термопасты.

Проверка будет проводиться с различными термопастами на элементе Пельтье модели TEC1-12706. Будут построены графики температуры от времени. После будет нанесена термопаста модели Thermal Grease, так же построена зависимость температуры от времени. После термопаста модели КПТ-8. И последняя модель термопасты GD900.

Практическая часть

 

Рисунок 1. Схема рабочей установки

 

Таблица 1.

Зависимость температуры от времени термопасты: КПТ-8, HY810 Thermal Grease, GD900.

Время

0

30

60

90

120

150

180

210

240

КПТ-8

22.3

19.3

13.7

9.8

7.5

6.5

6

5.9

5.8

HY810 Thermal Grease

24.3

17.6

10.9

6.5

3.8

2.3

1.5

1.1

0.9

GD900

19.3

15.5

9.9

6.1

3.6

2.1

1.4

0.9

0.8

 

Рисунок 2. Зависимость температуры от времени термопасты КПТ-8

 

Рисунок 3. Зависимость температуры от времени термопасты HY810 Thermal Grease

 

Рисунок 4. Зависимость температуры от времени термопасты GD900

 

Вывод: при проверке теплопроводности на элементе Пельтье были испытаны три различных вида термопасты. Наиболее эффективными теплопроводящими термопастами явились HY810 Thermal Grease и GD900. Коэффициент теплопроводности при сравнении оказался примерно одинаковым: 4.63 и 4.8 Вт/м*К, в то время как КПТ-8 оказался достаточно неэффективным, что видно на графике, теплопроводность КПТ-8 – 0.8 Вт/м*К. Как показала практика проверка коэффициента теплопроводности может осуществляться посредством термоэлектричества на базе элемента Пельтье.

 

Список литературы:
1. Иоффе А. Ф., Стильбанс Л. С., Иорданишвили Е. К., Ставицкая Т. С. Термоэлектрическое охлаждение. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1956.
2. Иоффе А. Ф. Полупроводниковые термоэлементы. М.-Л., Изд-во АН СССР, 1956-1960.
3. Бурштейн А. И. Физические основы расчета полупроводниковых термоэлектрических устройств. М.: Физматгиз, 1962.
4. Голдсмит Г. Применения термоэлектричества / Пер. с англ. под ред. А. Ф. Чудновского. М.: Физматгиз, 1963.