Peltierov prvok - ako to funguje a ako skontrolovať a pripojiť

Princíp činnosti Peltierovho prvku je založený na o Peltierovom efekte, ktorá spočíva v tom, že pri prechode jednosmerného elektrického prúdu cez spoj dvoch rôznych vodičov dochádza k prenosu energie z jedného prechodového vodiča na druhý, pričom sa na spoji uvoľňuje alebo absorbuje teplo.

Množstvo uvoľneného alebo absorbovaného tepla počas tohto procesu bude úmerné prúdu, dobe jeho toku, ako aj Peltierovmu koeficientu charakteristickému pre daný pár spájkovaných drôtov. Peltierov koeficient sa zase rovná termoelektrickému koeficientu páru vynásobenému absolútnou teplotou spoja v aktuálnom čase.

A keďže Peltierov efekt je najvýraznejší v polovodičoch, potom sa táto vlastnosť využíva v obľúbených a cenovo dostupných polovodičových Peltierových prvkoch. Na jednej strane Peltierovho článku sa teplo absorbuje, na druhej sa uvoľňuje. Ďalej sa na tento fenomén pozrieme bližšie.

Priamy fyzikálny účinok Peltiera bol objavený v roku 1834.francúzskym fyzikom Jeanom Peltierom a o štyri roky neskôr podstatu tohto javu skúmal ruský fyzik Emilius Lenz, ktorý ukázal, že ak boli tyčinky bizmutu a antimónu v tesnom kontakte, v mieste kontaktu kvapkala voda a následne cez križovatka jednosmerný prúd s určitým smerom, potom ak sa v počiatočnom smere prúdu voda zmení na ľad, potom ak sa smer prúdu zmení na opačný, potom sa tento ľad rýchlo roztopí.

Lenz vo svojom experimente jasne preukázal, že Peltierovo teplo sa absorbuje alebo uvoľňuje v závislosti od smeru prúdu cez križovatku.

Nižšie je uvedená tabuľka Peltierových koeficientov pre tri populárne kovové páry. Mimochodom, efekt opačný k Peltierovmu efektu sa nazýva Seebeckov efekt (keď pri vykurovaní alebo chladení spojov uzavretého okruhu, elektriny).

Prečo teda vzniká Peltierov efekt? Dôvodom je, že v mieste kontaktu dvoch látok je rozdiel kontaktného potenciálu, ktorý medzi nimi vytvára kontaktné elektrické pole.

Ak teraz cez kontakt preteká elektrický prúd, toto pole buď pomôže toku prúdu, alebo mu zabráni. Preto, ak je prúd nasmerovaný proti vektoru sily kontaktného poľa, potom zdroj aplikovaného EMF musí vykonať prácu a energia zdroja sa uvoľní v mieste kontaktu, čo spôsobí jeho zahriatie.

Ak je zdrojový prúd nasmerovaný pozdĺž kontaktného poľa, potom je ako keby dodatočne podporovaný týmto vnútorným elektrickým poľom a pole teraz vykoná ďalšiu prácu na presun nábojov. Táto energia je teraz odoberaná látke, čo v skutočnosti spôsobuje ochladenie spoja.

Takže, keďže vieme, že v Peltierových prvkoch sa používajú polovodičové páry, aký proces sa používa v polovodičoch?

Je to jednoduché.Tieto polovodiče sa líšia energetickými hladinami elektrónov vo vodivom pásme. Keď elektrón prechádza spojom týchto materiálov, elektrón získava energiu, aby sa mohol presunúť do vyššieho energetického vodivého pásma iného polovodičového páru.

Keď elektrón pohltí túto energiu, kontaktný bod polovodiča sa ochladí. Keď prúd tečie opačným smerom, kontaktný bod polovodiča sa okrem obvyklého Joulovho tepla zahrieva. Ak by sa v Peltierových článkoch namiesto polovodičov použili čisté kovy, tepelný efekt by bol taký malý, že by ho ohmický ohrev výrazne prevýšil.

V skutočnom Peltierovom konvertore, ako je TEC1-12706, je niekoľko rovnobežnostenov z teluridu bizmutu a pevného roztoku kremíka a germánia namontovaných medzi dva keramické substráty, spájkované dohromady v sériovom obvode. Tieto páry polovodičov typu n a p sú spojené vodivými prepojkami, ktoré sú v kontakte s keramickými substrátmi.

Každý pár malých polovodičových rovnobežnostenov tvorí kontakt na prechod prúdu z polovodiča typu n do polovodiča typu p na jednej strane Peltierovho meniča a z polovodiča typu p do polovodiča typu n na druhej strane. konvertor.

Keď prúd preteká cez všetky tieto sériovo zapojené rovnobežnosteny, potom sa na jednej strane všetky kontakty iba ochladzujú a na druhej strane sa všetky iba zahrievajú. Ak sa zmení polarita zdroja, strany zmenia svoj rolí.

Podľa tohto princípu funguje Peltierov článok, alebo, ako sa tiež nazýva, Peltierov termoelektrický konvertor, kde sa teplo odoberá z jednej strany výrobku a prenáša sa na jeho opačnú stranu, pričom na oboch stranách vzniká teplotný rozdiel. prvok.

Dokonca je možné ohrievaciu stranu Peltierovho článku ďalej chladiť pomocou chladiča s ventilátorom, potom bude teplota studenej strany ešte nižšia. V široko dostupných Peltierových článkoch môže teplotný rozdiel dosiahnuť približne 69 °C.

Na kontrolu stavu Peltierovho prvku postačuje prstová batéria. Červený vodič článku je pripojený ku kladnému pólu napájacieho zdroja, čierny vodič k zápornému pólu. Ak prvok funguje správne, dôjde k zahrievaniu na jednej strane a ochladeniu na druhej strane, môžete to pocítiť vaše prsty. Odpor bežného Peltierovho prvku je v oblasti niekoľkých ohmov.