тональной оси, а магнитное поле направлено вдоль биссекторной оси.

Весьма важным является значительное усиление эффекта при понижении температуры, обусловленное увеличением подвижности. На рис 60 приведен температурный ход гальваномагнитной эффективности сплава BigySbs {36]. Величина в диапазоне температур 70... 125 К сохраняется приблизительно постоянной. При более высоких температурах она падает Тем не менее вплоть до 200 К характеристическая величина ZeT определяющая экономичность устройства, остается высокой ( - 0,4).

Недавно было сообщено [37], что в сплаве BigsSbs при 100 К и =24-10* А/м достигнуто 2е=11-10-з Такое же значение

Ze имеет место и при 80 К, но уже при Я ==104 10* А/м. Это наибольшая величина эффективности, полученная к настоящему времени.

8.4. ГАЛЬВАНОМАГНИТНОЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Принцип устройства гальваномагнитного холодильника изображен на рис. 61. Холодопроизводительность такого устройства можно представить в виде, аналогичном холодопроизводительности термоэлектрического устройства [(25), табл. 1]:

Qo = NHITd/b - IH/2aab - Y.latiT/b. (8.5)

где N - коэффициент Нернста, связанный с коэффициентом Эттингсгаузена Е=АТ/1Н соотношением N=EIT\ а и 6 -ширина и высота кристалла.

Максимальный перепад температур, достижимый на таком устройстве, находится обычным способом:

АГтах = Л^2ЯааГо2/2х. (8.6)

Как известно, в термоэлементе дырки и электроны находятся в двух разделенных материалах (ветвях р- и п-типа). Взаимодействие может произойти только там, где обе ветви граничат друг с другом, т. е. на спае. Гальваномагнитный же холодильник, как это видно из рис. 61, в отличие от термоэлектрического, состоит из одной ветви, что является его очень важным достоинством. Повышения холодопроизводительности можно добиться простым увеличением длины кристаллов /.

Для использования эффекта Эттингсгаузена в практической конструкции охладителя необходимо иметь только теплоотвод, обеспечивающий постоянную опорную температуру горячей поверхности прибора. Поскольку электроды (штриховка на рис. 61) должны быть хорошими проводниками электрического тока, они в общем случае будут иметь гораздо более высокую теплопроводность, чем гальваномагнитный материал. Поэтому в приборе имеется два типа тепловых потерь, обусловленных электродами и токоподводами: первый тип потерь вызывается тепловым шунтированием образца электродами, второй - тепловой утечкой по токоподводам.

Рис. 61. Конструктивная схема гальваномагнитного холодильника.

в связи с этим длина охлаждающего элемента (/) выбирается больше его ширины (а) и высоты (6), а рабочая площадь охлаждения располагается вблизи его центра, т. е. в той области, где можно считать, что охлаждающий элемент является существенно изометрическим в направлении движения тока.

8.5. КАСКАДНАЯ СИСТЕМА ГАЛЬВАНОМАГНИТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

При конструировании гальваномагнитного охладителя аналогично тому, как это имеет место при конструировании термоэлектрических устройств, существенное повышение холодильного коэффициента системы и перепада температуры JVIOжнo обеспечить применяя несколько ступеней (каскадов) из отдельных элементов. Каждое последующее звено должно отводить тепло, равное сумме количества тепла на входе системы и входной мощности всех более холодных звеньев. Иначе говоря, чем ближе к теплоотводу, тем больше должны быть размеры и охлаждающая способность ступени охлаждения.

Это можно обеспечить, увеличивая площадь поперечного сечения каждой ступени в направлении теплового потока. Если к каждому каскаду системы прикладывается одно и то же электрическое поле (напряжение), то между каскадами электрическая изоляция не требуется, так как в каждом прямоугольном каскаде электрическое поле постоянно.

Таким образом, выявляется еще одно преимущество холодильника Эттингсгаузена: для создания каскадной системы охлаждения нет необходимости в разделении отдельных каскадов электроизоляционными теплопереходами, каждый из которых сам по себе представляет достаточно сложную конструкцию с известным термическим сопротивлением.

Каскадный гальваномагнитный холодильник может быть целиком изготовлен из одного куска материала. Это в принципе позволяет создать систему из бесконечного числа каскадов, обладающую максимальной экономичностью, приданием кристаллу определенной геометрической формы.

Аналитическое рассмотрение оптимальной формы кристалла 132] и дальнейшее изучение этого вопроса [35] показало, что при условии максимума экономичности, отнесенной к одному градусу разности температур на

устройстве, кристалл должен иметь экспойейциаЛьно-трапецеидальную форму (рис. 62). При этом ширина образца в его основании z{0) (горячая сторона) должна быть связана с шириной узкой части z{b) (холодная сторона) соотношением

г(0)/г(6) = ехр[2(Г-Гс)/АГ ,],

( .7)

где Т и Го -температуры горячей и холодной сторон каскадного холодильника; ДГтах -максимально возмож-

АТтох,К

1Л HJ

Рис. 62. Зависимость ЛГтах гальваномагнитных охладителей на кристаллах из BigsSbs прямоугольной и экспоненциальной формы от величины магнитного поля.

ный перепад на прямоугольном (однокаскадном) устройстве. При этом координата z (ширина образца) должна зависеть от его высоты у следующим образом:

г(у) = г(0)1г(6)/г(0)1 *.

(8.8)