в металлах велико, но они имеют маленький заряд, в полупроводниках же это соотношение оптимально, т.е. количество зарядов конечно, меньше, но в то же время значение заряда выше. Именно полупроводниковые материалы выделились в тот особый класс веществ, идеально подходящий для термоэлектричества. Стоит оговорить также и поведение изоляторов, в них каждый лектрон обладает очень высоким зарядом, но их значение мало настолько, что они, как и металлы, совершенно не годятся для применения в термоэлктричестве.  Таким образом, Иоффе выделил класс эффективных материалов и наметил путь развития, который до сих пор является актуальным.

Также, оговорим, что существует несколько основных типов термоэлектрических устройств: термоэлектрические холодильники, нагреватели и генераторы. Рассматривать каждое устройство в отдельности необязательно, можно заменить эти три понятия на одно, а именно, термоэлектрического теплового насоса, т.к. это устройство включает в себя все три.

   Принцип работы теплового насоса (ТН) был сформулирован британским физиком и инженером Уильямом Томсоном  и в дальнейшем усовершенствован австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером. Изначальной целью Риттингера не было создание теплового насоса, но использование тепла, выбрасываемого холодильной машиной для подогрева воды, а в дальнейшем для нагрева воздуха в помещении. Далее ему пришла идея использовать теплоту земли, т.к. на определенной  глубине температура не изменяется в зависимости от времени года, он пропускал фреон по медным трубам, газ конденсировался в доме и возвращался в землю. В доме горячий воздух распространялся при помощи вентилятора. Практическое использование имело место с 30-40-х годов ХХ века, спустя несколько десятилетий интерес к тепловым насосам возрос еще больше в связи с потребностью в энергосбережении. В настоящее время этими устройствами пользуются люди по всему миру.

Устройство теплового насоса схоже с холодильной машиной(ХМ). В ХМ основной задачей является отвод тепла от объекта т.е. его охлаждения, в тепловом насосе отведенная теплота используется для обогрева какой-либо среды. То есть в первую очередь создание теплового насоса было обоснованно экономически. Такие машины бывают парокомпрессионными, абсорбционными, термоэлектрическими. Но если в первых двух случаях холодильную машину нужно переделать, усовершенствовать и усложнить для получения желаемого эффекта, то в третьем случае дело обстоит несколько иначе. Термоэлектрический холодильник уже является и радиатором и также генератором электроэнергии, в зависимости от режима работы, и понятие теплового насоса отображает не цель, с которой используется машина, а саму суть ее работы и тех физических процессов, которые в ней протекают. Поэтому существует некоторое различие в понятии теплового насоса для разных видов машин.

Итак, рассмотрим термоэлектрический тепловой насос.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

   Указанные устройства содержат термоэлектрический модуль, сформированный в виде матрицы термоэлектрических элементов, состоящих из проводников или полупроводников Р- и N-типа, соединенных последовательно по току и соединенных параллельно по потоку теплоты. Термоэлектрические элементы размещены на подложках из электроизоляционного теплопроводного материала, как правило, типа керамики. Термоэлектрические модули соединены с теплообменниками для формирования теплового насоса, предназначенного для использования в быту и промышленности.