Element Peltier - cum funcționează și cum se verifică și se conectează

Principiul de funcționare al elementului Peltier se bazează pe asupra efectului Peltier, care constă în faptul că atunci când un curent electric continuu trece printr-o joncțiune de doi conductori diferiți, energia este transferată de la un conductor de tranziție la altul, în timp ce căldura este eliberată sau absorbită la joncțiune.

Cantitatea de căldură eliberată sau absorbită în timpul acestui proces va fi proporțională cu curentul, cu timpul curgerii acestuia, precum și cu coeficientul Peltier caracteristic unei perechi date de fire lipite. Coeficientul Peltier, la rândul său, este egal cu coeficientul termoelectric al perechii înmulțit cu temperatura absolută a joncțiunii la momentul curent.

Și din moment ce efectul Peltier este cel mai expresiv în semiconductori, atunci această proprietate este utilizată în elementele Peltier semiconductoare populare și accesibile. Pe o parte a elementului Peltier, căldura este absorbită, pe cealaltă este eliberată. În continuare, vom arunca o privire mai atentă asupra acestui fenomen.

Efectul fizic direct al lui Peltier a fost descoperit în 1834.de fizicianul francez Jean Peltier, iar patru ani mai târziu esența acestui fenomen a fost investigată de către fizicianul rus Emilius Lenz, care a arătat că dacă tijele de bismut și antimoniu erau în contact strâns, apa picura în punctul de contact și apoi prin joncțiunea curentului continuu cu o anumită direcție, atunci dacă în direcția inițială a curentului apa se transformă în gheață, atunci dacă direcția curentului se schimbă în sens opus, atunci această gheață se va topi rapid.

În experimentul său, Lenz a demonstrat în mod clar că căldura Peltier este absorbită sau eliberată în funcție de direcția curentului prin joncțiune.

Mai jos este un tabel cu coeficienții Peltier pentru trei perechi de metal populare. Apropo, efectul opus efectului Peltier se numește efect Seebeck (atunci când încălziți sau răciți joncțiunile unui circuit închis, electricitate).

Deci, de ce apare efectul Peltier? Motivul este că în punctul de contact al două substanțe există o diferență de potențial de contact care generează un câmp electric de contact între ele.

Dacă un curent electric trece acum prin contact, acest câmp fie va ajuta fluxul de curent, fie îl va împiedica. Prin urmare, dacă curentul este direcționat împotriva vectorului forță al câmpului de contact, atunci sursa EMF aplicată trebuie să facă treaba, iar energia sursei este eliberată în punctul de contact, acest lucru o va face să se încălzească.

Dacă curentul sursă este direcționat de-a lungul câmpului de contact, atunci este, așa cum ar fi, susținut suplimentar de acest câmp electric intern, iar acum câmpul va face o muncă suplimentară pentru a muta sarcinile. Această energie este acum luată din substanță, ceea ce determină de fapt răcirea joncțiunii.

Deci, din moment ce știm că perechile de semiconductori sunt folosite în elementele Peltier, ce proces este folosit în semiconductori?

Este simplu.Acești semiconductori diferă în ceea ce privește nivelurile de energie ale electronilor din banda de conducție. Când un electron trece prin joncțiunea acestor materiale, electronul câștigă energie, astfel încât să se poată muta la o bandă de conducție de energie mai mare a unei alte perechi de semiconductori.

Când electronul absoarbe această energie, punctul de contact al semiconductorului se răcește.Când curentul curge în direcția opusă, punctul de contact al semiconductorului se încălzește, în plus față de căldura obișnuită Joule. Dacă în celulele Peltier s-ar folosi metale pure în loc de semiconductori, efectul termic ar fi atât de mic încât încălzirea ohmică l-ar depăși cu mult.

Într-un adevărat convertor Peltier, cum ar fi TEC1-12706, mai multe paralelipipede de telurură de bismut și soluție solidă de siliciu și germaniu sunt montate între două substraturi ceramice, lipite împreună într-un circuit în serie. Aceste perechi de semiconductori de tip n și p sunt conectate prin jumperi conductoare care sunt în contact cu substraturile ceramice.

Fiecare pereche de paralelipipedi semiconductoare mici formează un contact pentru a trece curentul de la un semiconductor de tip n la un semiconductor de tip p pe o parte a convertorului Peltier și de la un semiconductor de tip p la un semiconductor de tip n pe cealaltă parte a convertizorul.

Când curentul trece prin toate aceste paralelipipede conectate în serie, atunci, pe de o parte, toate contactele sunt doar răcite, iar pe de altă parte, toate sunt doar încălzite. Dacă polaritatea sursei se schimbă, laturile își vor schimba roluri.

În conformitate cu acest principiu, funcționează elementul Peltier sau, așa cum este numit și convertorul termoelectric Peltier, în care căldura este preluată de pe o parte a produsului și transferată pe partea sa opusă, în timp ce se creează o diferență de temperatură pe ambele părți ale elementul.

Este chiar posibil să răciți în continuare partea de încălzire a elementului Peltier folosind un radiator cu un ventilator, apoi temperatura părții rece va fi și mai scăzută. În celulele Peltier disponibile pe scară largă, diferența de temperatură poate ajunge la aproximativ 69 °C.

Pentru a verifica starea de sănătate a elementului Peltier, este suficientă o baterie de tip deget. Firul roșu al celulei este conectat la borna pozitivă a sursei de alimentare, firul negru la negativ.Dacă elementul funcționează corect, atunci încălzirea se va întâmpla pe o parte, iar răcirea pe cealaltă, o puteți simți cu degetele tale. Rezistența unui element Peltier convențional este de aproximativ câțiva ohmi.