Vì sao đổi điện trường có thể làm một vật liệu tự lạnh đi trong một bước?
Khám phá mở rộng – Vật lý 12
Ở vật liệu điện nhiệt thích hợp, thay đổi điện trường có thể làm nhiệt độ thay đổi khi quá trình diễn ra với ít trao đổi nhiệt ra ngoài. Hiện tượng liên quan trạng thái phân cực và năng lượng bên trong vật liệu. Một bước lạnh đi có thể được tổ chức thành chu trình bơm nhiệt, nhưng không phải cứ ngắt điện ở mọi tụ là có máy lạnh.
Phân cực nối phần điện với phần nhiệt
Điện trường ảnh hưởng cách các đáp ứng phân cực được sắp xếp. Những thay đổi ấy có thể đi kèm thay đổi entropy và trao đổi giữa các dạng năng lượng trong vật liệu.
Trong một trường hợp điện nhiệt thông thường, tăng trường ở điều kiện gần đoạn nhiệt làm vật nóng lên; giảm trường có thể làm nó lạnh đi. Dấu và mức biến đổi phụ thuộc vật liệu, nhiệt độ, miền trường và lịch sử của mẫu. Không được lấy mô tả đó làm quy tắc cho mọi chất điện môi.
Nhanh và chậm là hai điều kiện đo khác nhau
Nếu quá trình đủ chậm để vật trao đổi nhiệt tốt với môi trường, nhiệt độ có thể được giữ gần ổn định trong khi có trao đổi nhiệt. Nếu thay trường nhanh so với thời gian trao đổi ấy, có thể quan sát biến thiên nhiệt độ gần đoạn nhiệt.
Từ “nhanh” ở đây là quan hệ giữa những thang thời gian của hệ, không một số giây cố định dùng chung mọi mẫu. Cũng phải tránh nhầm tín hiệu điện nhiệt với nhiệt do dòng rò hoặc tổn hao điện môi.
Một vật lạnh thoáng qua chưa phải cả tủ lạnh
Muốn làm lạnh lặp lại, cần phối hợp bước đổi trường với lúc tiếp xúc nhiệt ở phía nóng và phía lạnh. Vật liệu nhận nhiệt từ nơi cần làm mát rồi thải ra nơi khác theo chu trình.
Nguồn điện, khâu chuyển mạch, thu hồi năng lượng nếu có và trao đổi nhiệt đều ảnh hưởng hiệu quả. Vật liệu có biến thiên nhiệt độ lớn trong phép thử không tự chứng minh thiết bị hoàn chỉnh sẽ tốt hơn mọi máy nén.
Những nghiên cứu trên gốm và polymer sắt điện cho thấy các đáp ứng khác nhau theo cấu trúc và miền làm việc. Bài chỉ giải ý tưởng vật liệu và chu trình, không hướng dẫn đặt trường mạnh lên tụ điện.
Hiểu lầm: điện nhiệt chính là tấm Peltier. Peltier chuyển nhiệt tại các tiếp giáp khi có dòng; hiệu ứng đang xét gắn với thay đổi điện trường và trạng thái phân cực của môi chất.
Ghi nhớ: đổi trường có thể đổi nhiệt độ, nhưng chu trình trao đổi nhiệt cùng năng lượng vận hành mới quyết định khả năng làm lạnh hữu ích.
Đọc thêm
- Một tấm Peltier làm lạnh mà không cần máy nén như thế nào?
- Từ trường có thể giúp làm lạnh mà không dùng chu trình nén khí ra sao?
- Entropy có phải chỉ là tên gọi sự lộn xộn?