1. Найпростіша модель термоелемента Нернста-Еттінгсгаузена
В [2] розглянуто модель термоелемента Нернста-Еттінгсгаузена. В найпростішому випадку термоелемент складається із одного чи двох брусків на яких підтримується стаціонарна різниця температур. Грані з температурами Т1та Т2ізотермічні, а на інших гранях можуть бути різні граничні теплові умови, в залежності від режиму роботи, магнітне поле однорідне (рис. 1).
Рис.1. Схема прямокутного термоелемента Нернста-Еттінгсгаузена [5].
2.Рулоний термоелемент Нернста-Еттінгсгаузена
Схема термоелемента наведена на рис. 2. Термоелемент виконаний у вигляді спирали рулонного типу. Вітки спіралі електричноізольовані друг від друга, але їх прилеглі поверхні перебувають у хорошому тепловому контакті.
Рис. 2. Схема рулоного термоелемента Нернста-Еттінгсгаузена
3.Спіральний термоелементів Нернста-Еттінгсгаузена
В термоелементів використано однорідний ізотропний матеріал. Можливо також використання анізотропного матеріалу. Схема термоелемента наведена на рис. 3.
Рис. 3. Схема спіральний термоелемента Нернста-Еттінгсгаузена [5].
4.Термоелемент Нернста-Еттінгсгаузена оптимальної форми
Ефективність термоелемента може бути поліпшена при врахуванні змін властивостей матеріала термоелемента зі зміною температури. Оскільки різні частини термоелемента знаходяться при різних температурах, матеріал становиться неоднорідним, тому в термоелементі можуть виникати короткозамкнені вихрові струми, які знижують ефективність термоелемента. З метою усунення цього негативного фактора використовують термоелемент не прямокутної форми, який представлено на рис. 4.
Рис.4. Схема багатокаскадного термоелемента Нернста-Еттінгсгаузена [5]
б)Термоелементи Еттінгсгаузена
1Найпростіша модель термоелемента Еттінгсгаузена.
В роботі [1] розглянуто модель термоелемента, що виготовлений із зразка прямокутної форми, до двох граней якого приєднані електричні контакти, а магнітне поле однорідне і перпендикулярне струмові рис.1.1. Одна грань термоелемента термостатована. Матеріал зразка в найпростішому випадку однорідний і анізотропний і його властивості не залежать від температури. Довжина зразка настільки велика, що можна знехтувати викривленнями в розподілах температури та струму, що вносяться струмовими електродами. Також припускається, що холодна і бокові грані зразка знаходяться в адіабатичних умовах, вихрові струми в приконтактних областях несуттєві, а тепловий контакт зразка з термостатом ідеальний.
Рис. 1.1. Схема охолоджуючого термоелемента Еттінгсгаузена [3].
2.Каскадування термоелементів Еттінгсгаузена
Однією із переваг термоелемента Еттінгсгаузена є можливість їх каскадування шляхом використання термоелемента спеціальної форми [2]. Схема такого термоелемента приведена на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Схема термоелемента Еттінгсгаузена оптимальної форми [3].
Такий каскад складається із набору прямокутних елементів, розміри яких вибираються таким чином, щоб, розміщуючи їх одне на одному, можна було отримати звичайне каскадне охолодження. При цьому вважається, що тепло, яке генерується кожним елементом, рівномірно розподіляється по холодній грані сусіднього під ним елемента. Якщо розмір термоелементів в напрямку їх довжини однаковий, то при деяких припущеннях до кожного елемента можна прикласти однакову електричну напругу, тобто, всі термоелементи можуть мати спільне джерело живлення. Можна також припустити, що розподіл потенціалів на холодних і гарячих гранях термоелементів приблизно однаковий, тому наявність електричного контакту між термоелементами не приводить до суттєвого викривлення розподілу струму і температури. Отже каскадування зводиться до виготовлення охолоджуючого термоелемента із боковими гранями спеціальної форми.