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帕尔帖的秘密 解读水杯架加热/制冷原理

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楼主: misky       显示全部楼层   阅读模式

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发表于 2014-10-15 10:07:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
我第一次发现这个装置是在奥迪Q5上,它位于前排两个驾驶席之间,这两个杯架与其它车型的布局相同,并列排在换挡杆区域的后方供前方驾驶员和副驾驶席位的乘客使用,在两个杯架的后方有两个带有制冷和加热标识的按键,很明显,通过不同的按键,放置于杯架中的器皿可被制冷或加热。
帕尔帖的秘密 解读水杯架加热/制冷原理
『这是个普通的水杯架』
帕尔帖的秘密 解读水杯架加热/制冷原理
『你分得清加热/制冷功能在哪边吗?』
    要承认的是,这种布局的确带有一定的欺骗性,包括我在内的很多人都对它产生了误会,认为每一个按键对应一个杯架,也就是说驾驶员一侧的杯架是带有加热功能,而副驾驶一侧的杯架则具备制冷功能,曾经有位朋友就说到了这个问题。说实话,对这项功能我此前并不了解,只是凭着惯性思维来推断个大概,但事后证明,我所给出的结论被完全颠覆了。按理说这种电加热装置的升温速度会比较快,在开启后的1、2分钟内就应该可以达到最佳的工作状态了,但从实际表现来看,当时放置在副驾驶侧的水杯似乎没有要升温的意思,用手试探性的触碰杯架表面也没有感受到热量。保险丝烧了?我的这位朋友说,这个功能以前从没使用过,烧保险的几率比较小,他说的也有道理,就在闲聊之时,搭在换挡杆上的手臂隐隐感到了一些热量,这种感觉显然与空调吹出的热风不同,难道……
帕尔帖的秘密 解读水杯架加热/制冷原理
『用镀铬饰板来划分出明显的区域看上去更清楚』
    相信诸位也都猜到了,那两个按键其实是用于同一个杯架的加热和制冷功能的切换,而具备这个功能的杯架在其表面被一层铝覆盖,而表面充斥着塑料和橡胶材质的杯架则仅仅起到了固定水杯的作用,这种不合乎常理的设计在新款奥迪A6L的车型上得到了改进。但事情还没完,它到底是如何实现加热和制冷的,这个问题又让我纠结了好一阵。
    ● 如何获取热量
    先从相对简单的加热功能说起,将电阻丝植入其中,在给电阻丝通电后,其可产生一定的热量,这理解起来很容易,座椅加热、后窗和外后视镜除雾都是运用的这个原理。
帕尔帖的秘密 解读水杯架加热/制冷原理
● 制冷又是如何实现的?
    若提到制冷,我们大多第一反应是与空调有关,当然有些车载冰箱会装配单独的制冷系统,但要是为得到一个可制冷的杯架而设置一个伺服机构,这未免有些得不偿失,在按下杯架的制冷按键时,我还刻意留意了下压缩机有没有偷偷的参与进来,但事实情况并非如此,通过杯架的样子来看,铝制的内衬显然是为达到更好的传导效果而刻意为之,那源头在哪呢?
    —— 帕尔帖原理的诞生
    早在1834年,一个半道出家的法国物理学家发现了这样一个规律,当给由N、P型材料组成的一对热电偶接通直流电后,随着电流方向的改变,在电偶的结点处产生了吸热和放热的现象,也就是说在当一边产生热量时,另一边就会出现吸热制冷的情况。自此,他用自己的名字冠名了这个物理现象。(这个研究成果给后人带来了什么样的经济回报,为什么不同的应用领域竟然标价相差百余倍......)
    帕尔帖原理:金属与半导体接触, 当电子由金属进入半导体时, 需要克服势垒阻碍, 并且进入半导体后的运动也要一定的能量, 所以会发生吸热现象; 相反, 当电子由半导体进入金属时, 就会放出相同的能量。
    势垒:该处势能比附近区域的势能都高的空间。
帕尔帖的秘密 解读水杯架加热/制冷原理
    『发现这一物理现象的帕尔帖(Peltier )先生在30岁时辞掉了自己表匠的工作进而转头科学研究』
    有意思的是,这个现象在1821年最先被一位德国科学家发现,但遗憾的是他在随后的一系列推论过程中并没有领悟到背后的科学真理,最终导致理论上的错误。而在13年后,一位原先从事表匠工作的法国人,在辞掉了自己的本职工作后潜心搞起了科学研究,并将这一现象的真理大白于天下,这个人就是“帕尔帖”。 又过了3年,一位俄国的科学家也发现了这个物理现象并对其进行了更为深入的研究,在原有基础上,他给出了“发热量和制冷量的多少与电流大小成正比关系”的结论,但由于法国人率先发现了这个现象,所以,这个比例系数只好以“帕尔帖系数”来命名。
    注:“Peltier”的名字已经被我国一家制造半导体的企业进行了商标注册。
帕尔帖的秘密 解读水杯架加热/制冷原理
『楞次,俄国科学家,他可是中学物理课本中曝光率颇高的人物』
    这个人叫楞次(1804~1865),作为全职科学家,他也冠名了一个物理现象,相比于帕尔帖,你对他应该有点印象。中学时,你是否也像我一样实在搞不明白为什么有一帮人会举起左手并任其扭曲就为找到电动势的方向,这正是拜“楞次定律”所赐。
    科学基础理论研究向实用技术转化可分为渐进型和突变型两种模式,将帕尔帖原理应用于制冷元件的过程属于渐进型,至于突变型,原子弹的出现算是一个例子,而在未来,外星文明的探索将是存在变数最大的一个领域,一旦与外太空的世界建立了良好的邦交关系,因此而给我们的生活带来的改变是不可预知的。
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