2.5 Термоэлектрический эффект (эффект Пельтье).
Термоэлектрический эффект заключается в следующем: при прохождении постоянного электрического тока по двум полупроводникам, спаянным между собой, один спай нагревается, а второй охлаждается. Один спай становится теплым, а второй – холодным. Этот эффект был открыт французским физиком Пельтье в 1834 г.
Рисунок 2.6.Устройство термоэлектрического охлаждения.
Холодный спай можно использовать для получения холодных температур.
Термоэлектрический эффект возникает только тогда, когда полупроводники имеют различную проводимость: один полупроводник – электронную, а второй – дырочную. Какой спай будет горячим, а какой – холодным, зависит от направления движения электрического тока.
2.6 Адиабатное размагничивание.
В 1905 году французский учёный Лонжерон экспериментально показал, что при намагничивании парамагнитного вещества его температура повышается, а при размагничивании – уменьшается.
В 1926 – была создана экспериментальная установка для получения низких температур, такая установка имеет периодический принцип действия.
Рисунок 2.7 – Процесс адиабатного размагничивания.
Первоначально вокруг парамагнетика создаётся магнитное поле при этом парамагнетик намагничивается от первоначальной Н1 до конечной Н5 в ходе процесса 1-2. Для отвода теплоты намагничиваемости используется охлаждающая среда (парообразный гелий). После полной намагничиваемости магнитное поле снимается и прекращается подача охлаждающей среды. Парамагнетик начинает размагничиваться от конечной намагниченности Н5 до начальной Н1, его температура резко падает в ходе процесса 2-3.
Преимущество способа:
- простота конструкции,
- отсутствие движущихся частей,
- отсутствие холодильного агента,
- бесшумная работа.
Недостатки:
- необходимость мощного магнитного поля.
2.7 Десорбция газов.
Адсорбция – поглощение твердым веществом газа протекает с выделением теплоты, т.е. с нагреванием, а при десорбции – выделение газа из твёрдого тела, протекает с поглощением энергии и охлаждением.
В качестве твёрдого вещества используется пористые вещества: активированный уголь, древесный уголь, соли.
В промышленности такой способ не нашёл широкого применения, но может использоваться в лабораторных и научно-исследовательских работах.
Для получения температур близких к нулю по шкале Кельвина используется активированный уголь и газообразный гелий при температуре равной 289°С. В опытах часть гелия впитывалась активированным углём, другая часть гелия отводила теплоту адсорбции, поэтому температура рабочего вещества не изменялась.
В сосуде с активированным углём создавался вакуум, после чего начинался процесс десорбции – температура активированного угля резко падала до – 272°С. Процесс прекращался сразу после выхода всего газа из твёрдого вещества.
2.Рабочие вещества холодильных машин.
2.1.Классификация рабочих веществ
В холодильных машинах рабочими веществами являются холодильные агенты и хладоносители.
С помощью холодильных агентов совершается обратный термодинамический цикл в системе холодильной машины.
Хладоносители являются промежуточными рабочими веществами, которые передают теплоту от охлаждаемого объекта к холодильному агенту.
В какой-то мере к рабочим веществам можно отнести и смазочные масла, так как они циркулируют вместе с хладагентами по системе и значительно влияют на рабочие характеристики холодильных машин.
Холодильные агенты.
В настоящее время известно около ста различных холодильных агентов. Самыми распространенными из них являются: воздух, вода, аммиак, диоксид углерода, чистые углеводороды (пропан, метан, изобутан и др.), хлор – фтор – бромпроизводные углеводородов (хладоны) и другие вещества. В некоторых машинах целесообразно применение азеотропных и неазеотропных смесей холодильных агентов. Азеотропные смеси представляют собой однородный раствор хладонов, кипящий при постоянной температуре. Кипение неазеотропной смеси происходит при изменяющейся температуре, так как сначала выкипает низкотемпературный, а затем высокотемпературный компонент раствора.
В некоторых старых литературных источниках хладоны представлены их зарубежным названием – фреоны, которое запатентовано американской фирмой Дюпон. В настоящее время за рубежом применяются новые холодильные агенты аналоги некоторым отечественным хладонам под названием «СУВА», «Форан».
Сокращенное обозначение холодильного агента строится по форме RN (где R – международный символ, обозначающий холодильный агент; N – присвоенный номер холодильного агента). Например R22 – хладон 22 (CHClF2), R729 – воздух, R170 – этан (C2H6), R717 – аммиак (NH3), R718 – вода (H2O), R744 – диоксид углерода (CO2) и т.п.
Для хладонов номер расшифровывается в следующем порядке:
Первая цифра в двухзначном номере или первые две цифры в трехзначном номере обозначают тот насыщенный углеводород СnН2n+2, на базе которого получен хладон. Установлены следующие цифры: 1 – СН4 (метан); 11 – С2Н6 (этан): 21 – С3Н8 (пропан): 31 – С4Н10 (бутан). Справа пишется число атомов фтора в хладоне (например CF2Cl2 – R12, C3F4Cl4 – R214). При наличии в хладоне атомов брома после основного номера пишется буква В, а за ней число атомов брома (например СF2Br2 – R12B2, F3Br – R13B1).
Азеотропные смеси имеют номера от 500 до 600. Неазеотропные смеси обозначаются номерами от 400 до 499 или дробными числами с процентным содержанием компонентов в скобках (например, смесь хладонов 22 и 12 с концентрацией соответственно 75% и 25%, обозначается R22/12 (75/25).