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]

5.Рулонний гальваномагнітний охолоджуючий термоелемент із радіальним тепловим потоком.

Схема термоелемента наведена на рис. 1.5. Термоелемент виконаний у вигляді спіралі рулонного типу. Витки спіралі електрино ізольовані одні від інших, але їх прилеглі поверхні перебувають у хорошому тепловому контакті. У термоелементі використовується ефект Еттінгсгаузена. Матеріал спіралі однорідний, але може бути й анізотропним. Магнітне поле спрямоване уздовж осі рулону. Зовнішня поверхня рулону термостатована й перебуває при температурі Т₁. Якщо через кінці рулону пропускати електричний струм то внутрішня поверхня рулону охолодиться до температури Т0. Якщо змінити напрям струму або магнітного поля на протилежний, то на внутрішній стороні спіралі буде мати місце гальваномагнітний нагрів.

Особливістю термоелемента є можливість досягнення ним більш низьких температур ніж на звичайному термоелементі Еттінгсгаузена прямокутної форми.

Рис. 1.5. Схема рулонного гальваномагнітного охолоджуючого термоелемента з радіальним тепловим потоком

q-вектор теплового потоку;

-температура на зовнішній термостатованій поверхні рулона;

-температура на внутрішній поверхні рулона;

Н – вектор напруженості магнітного поля.

6.Спіральний гальваномагнітний охолоджуючий термоелемент із живленням змінним струмом

Схема термоелемента приведена на рис.1.6. Термоелемент містить спіраль з термоелектричного матеріалу, яка поміщена у середині циліндричного соленоїда. Спіраль і соленоїд включені послідовно. Через такий контур пропускається змінний електричний струм.

Рис.1.6. Схема спірального охолоджувального гальваномагнітного

термоелемента з живленням змінним струмом.

1 - спіраль з термоелектричного матеріалу;

2 - спіраль соленоїда для створення магнітного поля;

Т0 - температура на внутрішній поверхні спіралі;

Т2 - температура на зовнішній поверхні спіралі.

Протікання струму викликає в соленоїді і в спіралі магнітне поле.Вектор напруженості магнітного поля спрямований уздовж осі соленоїда і спіралі.

За наявності магнітного поля, струм, що протікає в спіралі, призводить до

виникнення ефекту Еттінгсгаузена.

Це означає, що температура на зовнішній і внутрішній поверхнях спіралі

набуває різних значень. Наприклад, якщо зовнішню поверхню спіралі підтримувати при температурі Т1, то внутрішня поверхня може охолодитися до температури Т0.Зміна напряму струму в соленоїді призводить до зміни вектора напруженості магнітного поля. Проте при цьому одночасно змінюється і напрям струму в спіралі.В результаті ефект охолодження внутрішньої порожнини спіралі збережеться внаслідок дії поперечного ефекту Еттінгсгаузена.Для досягнення ефекту гальваномагнітного нагріву внутрішньої порожнини спіралі необхідно змінити на протилежне з'єднання кінців спіралі в послідовному електричному колі з соленоїдом. У більшості випадків переважає живлення термоелемента змінним струмом.

Ідея створення такого термоелемента належить О'Брайну і Уоллісу.