Peltier element - kako radi te kako provjeriti i spojiti

Princip rada Peltierovog elementa temelji se na na Peltierov efekt, koji se sastoji u tome da kada istosmjerna električna struja prolazi kroz spoj dva različita vodiča, energija se prenosi s jednog prijelaznog vodiča na drugi, dok se na spoju oslobađa ili apsorbira toplina.

Količina oslobođene ili apsorbirane topline tijekom ovog procesa bit će proporcionalna struji, vremenu njezina protoka, kao i Peltierovom koeficijentu karakterističnom za dati par zalemljenih žica. Peltierov koeficijent je pak jednak termoelektričnom koeficijentu para pomnoženom s apsolutnom temperaturom spoja u trenutnom trenutku.

A budući da je Peltierov efekt najizrazitiji u poluvodičima, onda se ovo svojstvo koristi u popularnim i pristupačnim poluvodičkim Peltierovim elementima. S jedne strane Peltierovog elementa toplina se apsorbira, s druge se oslobađa. Zatim ćemo pobliže pogledati ovaj fenomen.

Izravni fizički učinak Peltiera otkriven je 1834.francuski fizičar Jean Peltier, a četiri godine kasnije bit ovog fenomena istražio je ruski fizičar Emilius Lenz, koji je pokazao da ako su štapići bizmuta i antimona u bliskom dodiru, voda je kapala na mjestu dodira, a zatim kroz spoj istosmjerne struje s određenim smjerom, onda ako se u početnom smjeru struje voda pretvori u led, a zatim ako se smjer struje promijeni u suprotan, tada će se taj led brzo otopiti.

U svom eksperimentu Lenz je jasno pokazao da se Peltierova toplina apsorbira ili oslobađa ovisno o smjeru struje kroz spoj.

Ispod je tablica Peltierovih koeficijenata za tri popularna metalna para. Usput, učinak suprotan Peltierovom efektu naziva se Seebeckov efekt (kada pri zagrijavanju ili hlađenju spojeva zatvorenog kruga, struja).

Pa zašto dolazi do Peltierovog efekta? Razlog je taj što na mjestu dodira dviju tvari postoji kontaktna razlika potencijala koja stvara kontaktno električno polje između njih.

Ako električna struja sada teče kroz kontakt, ovo polje će ili pomoći protok struje ili ga spriječiti. Stoga, ako je struja usmjerena protiv vektora sile kontaktnog polja, tada izvor primijenjenog EMF-a mora obaviti posao, a energija izvora se oslobađa na točki kontakta, što će uzrokovati njegovo zagrijavanje.

Ako je struja izvora usmjerena duž kontaktnog polja, onda je, takoreći, dodatno podržana ovim unutarnjim električnim poljem, a sada će polje obaviti dodatni rad na pomicanju naboja. Ova se energija sada oduzima tvari, što zapravo uzrokuje hlađenje spoja.

Dakle, budući da znamo da se poluvodički parovi koriste u Peltierovim elementima, koji se proces koristi u poluvodičima?

Jednostavno je. Ovi se poluvodiči razlikuju u energetskim razinama elektrona u vodljivom pojasu. Kada elektron prolazi kroz spoj tih materijala, elektron dobiva energiju tako da se može pomaknuti u vodljivi pojas više energije drugog para poluvodiča.

Kada elektron apsorbira tu energiju, kontaktna točka poluvodiča se hladi. Kada struja teče u suprotnom smjeru, kontaktna točka poluvodiča se zagrijava, uz uobičajenu Jouleovu toplinu. Kada bi se umjesto poluvodiča u Peltierovim ćelijama koristili čisti metali, toplinski bi učinak bio toliko malen da bi ga omsko zagrijavanje uvelike premašilo.

U pravom Peltierovom pretvaraču, kao što je TEC1-12706, nekoliko paralelopipeda bizmutovog telurida i čvrste otopine silicija i germanija postavljeno je između dvije keramičke podloge, zalemljene zajedno u serijskom krugu. Ovi parovi poluvodiča n- i p-tipa povezani su vodljivim skakačima koji su u kontaktu s keramičkim podlogama.

Svaki par malih poluvodičkih paralelopipeda tvori kontakt za prolaz struje od poluvodiča n-tipa do poluvodiča p-tipa s jedne strane Peltierovog pretvarača, te od poluvodiča p-tipa do poluvodiča n-tipa s druge strane. pretvarač.

Kada struja teče kroz sve te serijski spojene paralelopipede, tada se s jedne strane svi kontakti samo hlade, a s druge strane svi samo griju. Ako se promijeni polaritet izvora, stranice će promijeniti svoje uloge.

Po ovom principu radi Peltierov element, ili kako se još naziva Peltierov termoelektrični pretvarač, gdje se toplina uzima s jedne strane proizvoda i prenosi na njegovu suprotnu stranu, dok se na objema stranama stvara temperaturna razlika. element.

Moguće je čak dodatno ohladiti grijaću stranu Peltierovog elementa pomoću hladnjaka s ventilatorom, tada će temperatura hladne strane biti još niža. U široko dostupnim Peltierovim ćelijama temperaturna razlika može doseći oko 69 °C.

Za provjeru ispravnosti Peltierovog elementa dovoljna je prstasta baterija. Crvena žica ćelije spojena je na pozitivni terminal napajanja, crna žica na negativni. Ako element radi ispravno, tada će se zagrijavanje dogoditi s jedne strane, a hlađenje s druge strane, možete osjetiti s tvoji prsti. Otpor konvencionalnog Peltierovog elementa je u području od nekoliko ohma.