Курсовая работа: Эффект Пельтье и его применение
Архитектура современных
процессоров (рис. 2.5.) и некоторые системные программы предусматривают
изменение энергопотребления в зависимости от загрузки процессоров. Это позволяет
оптимизировать их энергопотребление. Кстати, это предусмотрено и стандартами
энергосбережения, поддерживаемыми некоторыми функциями, встроенными в
аппаратно-программное обеспечение современных компьютеров. В обычных условиях
оптимизация работы процессора и его энергопотребления благотворно сказывается
как на тепловом режиме самого процессора, так и общем тепловом балансе. Однако
следует отметить, что режимы с периодическим изменением энергопотребления могут
плохо сочетаться со средствами охлаждения процессоров, использующих модули
Пельтье. Это связано с тем, что существующие холодильники Пельтье, как правило,
рассчитаны на непрерывную работу. В связи с этим, простейшие холодильники
Пельтье, не обладающие средствами контроля, не рекомендуется использовать
вместе с охлаждающими программами.
Рис. 2.5 - Процессор с
модулем Пельтье
В случае перехода
процессора в режим пониженного энергопотребления и соответственно
тепловыделения возможно значительное снижение температуры корпуса и кристалла
процессора. Переохлаждение ядра процессора может вызвать в некоторых случаях
временное прекращение его работоспособности, и как результат, стойкое зависание
компьютера.
Некоторые проблемы могут
возникнуть и в результате работы ряда встроенных функций, например, тех,
которые осуществляют управление вентиляторами кулеров. В частности, режимы
управления энергопотреблением процессора в некоторых компьютерных системах
предусматривают изменение скорости вращения охлаждающих вентиляторов через
встроенные аппаратные средства материнской платы. В обычных условиях это
значительно улучшает тепловой режим процессора компьютера. Однако в случае
использования простейших холодильников Пельтье уменьшение скорости вращения
может привести к ухудшению теплового режима с фатальным результатом для
процессора уже вследствие его перегрева работающим модулем Пельтье, который
кроме выполнения функций теплового насоса, является мощным источником
дополнительного тепла.
Ввиду этого необходимо
отметить, что, как и в случае центральных процессоров компьютеров, холодильники
Пельтье могут быть хорошей альтернативой традиционным средствам охлаждения
видеочипсетов, используемых в составе современных высокопроизводительных
видеоадаптеров. Работа таких видеочипсетов сопровождается значительным
тепловыделением и обычно не подвержена резким изменениям режимов их
функционирования.
Для того чтобы исключить
проблемы с режимами изменяемого энергопотребления, вызывающих конденсацию влаги
из воздуха и возможное переохлаждение, а в некоторых случаях даже перегрев
защищаемых элементов, таких как процессоры компьютеров, следует отказаться от
использования подобных режимов и ряда встроенных функций. Однако как
альтернативу можно использовать системы охлаждения, предусматривающие
интеллектуальные средства управления холодильниками Пельтье. Такие средства
могут контролировать не только работу вентиляторов, но и изменять режимы работы
самих термоэлектрических модулей, используемых в составе активных кулеров.
2.3 Применение эффекта Пельтье
Элементы Пельтье
применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей
температур, или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например,
элементы Пельтье применяются в маленьких автомобильных холодильниках,
так как применение компрессора в этом случае
невозможно из-за ограниченных размеров и, кроме того, необходимая мощность
охлаждения невелика.
Кроме того элементы
Пельтье применяются для охлаждения устройств с
зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается
заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях
(например в астрофотографии). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для
охлаждения приемников излучения в инфракрасных сенсорах.
Также элементы Пельтье
часто применяются:
1.
для
охлаждения и термостатирования диодных лазеров, чтобы стабилизировать длину
волны излучения;
2.
в компьютерной
технике;
3.
в
радиоэлектрических устройствах;
4.
в медицинском и
фармацевтическом оборудовании;
5.
в бытовой
технике;
6.
в климатическом
оборудовании;
7.
в термостатах;
8.
в оптической
аппаратуре;
9.
для управления
процессом кристаллизации;
10.
как подогрев в
целях отопления;
11.
для
охлаждения напитков;
12.
в
лабораторных и научных приборах;
13.
в
ледогенераторах;
14.
в
кондиционерах;
15.
для
получения электроэнергии;
16.
в
электронных счетчиках расхода воды.
Конечно,
охлаждающие устройства Пельтье вряд ли подходят для массового использования.
Они достаточно дорогие и требуют правильного режима эксплуатации. Сегодня это,
скорее, инструмент для любителей разгона процессоров. Однако в случае
необходимости сильного охлаждения процессоров кулеры Пельтье являются наиболее
эффективными устройствами.
Появились сообщения об
экспериментах по встраиванию миниатюрных модулей Пельтье непосредственно в
микросхемы процессоров для охлаждения их наиболее критичных структур. Такое
решение способствует лучшему охлаждению за счет снижения теплового
сопротивления и позволяет значительно повысить рабочую частоту и
производительность процессоров.
Работы в направлении
совершенствования систем обеспечения оптимальных температурных режимов
электронных элементов ведутся многими исследовательскими лабораториями. И
системы охлаждения, предусматривающие использование термоэлектрических модулей
Пельтье, считаются чрезвычайно перспективными.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
После детального изучения
эффекта Пельтье можно сделать вывод:
несмотря на то, что
использование эффекта Пельтье требует дополнительных мер и исследований по
изучению безопасного и рационального использования модулей Пельтье в качестве
охлаждающих устройств, это явление считается чрезвычайно перспективным и
полезным для человека цивилизации.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М.
Теоретическая физика: Учеб. пособ.: Для вузов. В 10. т. Т. VIII.
Электродинамика сплошных сред. – 4-е изд., стереот.-м.: Физматлит, 200 т. – 656
с.
2. Н 29 Наркевич И.И.
Физика: Учеб./ И.И. Наркевич, Э.И. Вомлянский, С.И. Лобко. – Мн.: Новое знание,
2004. – 680 с.
3. Ф50 Физика:
Энциклопедия./ Под. Ред. Ю.В. Прохорова. – М.: Большая Российская Энциклопедия,
2003. – 944 с.: ил., 2 л. цв.
4. Ф50 Физическая
энциклопедия, т. 5. Стробоскопические приборы – яркость/ Гл. ред. А.М.
Прохоров. Ред. кол.: Д.М. Балдин, Большая Российская Энциклопедия, 1998. – 760
с.
|