Пелтиер елемент - како функционише и како проверити и повезати

Принцип рада Пелтиеровог елемента се заснива на на Пелтиеров ефекат, који се састоји у томе да када једносмерна електрична струја прође кроз спој два различита проводника, енергија се преноси са једног прелазног проводника на други, док се топлота ослобађа или апсорбује на споју.

Количина топлоте која се ослобађа или апсорбује током овог процеса биће пропорционална струји, времену њеног протока, као и Пелтиер-овом коефицијенту карактеристичном за дати пар залемљених жица. Пелтиер коефицијент је, заузврат, једнак термоелектричном коефицијенту пара помноженом са апсолутном температуром споја у тренутном времену.

И пошто је Пелтиеров ефекат најизразитији у полупроводницима, онда се ово својство користи у популарним и приступачним полупроводничким Пелтиеровим елементима. Са једне стране Пелтиер елемента топлота се апсорбује, а са друге се ослобађа. Затим ћемо детаљније погледати овај феномен.

Директан физички ефекат Пелтиера откривен је 1834. године.француски физичар Жан Пелтије, а четири године касније суштину овог феномена истраживао је руски физичар Емилијус Ленц, који је показао да ако су штапови бизмута и антимона у блиском контакту, вода капље на месту додира, а затим кроз спој једносмерне струје са одређеним правцем, онда ако се у почетном правцу струје вода претвори у лед, онда ако се смер струје промени у супротан, онда ће се овај лед брзо отопити.

У свом експерименту, Ленц је јасно показао да се Пелтиерова топлота апсорбује или ослобађа у зависности од смера струје кроз спој.

Испод је табела Пелтиерових коефицијената за три популарна метална пара. Иначе, ефекат супротан Пелтиеровом ефекту назива се Зебеков ефекат (када се при загревању или хлађењу спојева затвореног кола, електрична енергија).

Дакле, зашто се јавља Пелтиеров ефекат? Разлог је тај што на месту контакта две супстанце постоји контактна разлика потенцијала која ствара контактно електрично поље између њих.

Ако електрична струја сада тече кроз контакт, ово поље ће или помоћи струји да тече или је спречити. Према томе, ако је струја усмерена против вектора силе контактног поља, онда извор примењеног ЕМФ-а мора да обави посао, а енергија извора се ослобађа на месту контакта, што ће изазвати његово загревање.

Ако је струја извора усмерена дуж контактног поља, онда је, такорећи, додатно подржана овим унутрашњим електричним пољем, а сада ће поље вршити додатни рад да помери наелектрисања. Ова енергија је сада одузета од супстанце, што заправо узрокује хлађење споја.

Дакле, пошто знамо да се полупроводнички парови користе у Пелтиеровим елементима, који процес се користи у полупроводницима?

Једноставно је. Ови полупроводници се разликују по енергетским нивоима електрона у проводном појасу. Када електрон прође кроз спој ових материјала, електрон добија енергију тако да може да пређе у вишу енергетску проводљивост другог пара полупроводника.

Када електрон апсорбује ову енергију, контактна тачка полупроводника се хлади.Када струја тече у супротном смеру, контактна тачка полупроводника се загрева, поред уобичајене џулове топлоте. Када би се чисти метали користили уместо полупроводника у Пелтиеровим ћелијама, топлотни ефекат би био толико мали да би га омско загревање знатно премашило.

У правом Пелтиеровом претварачу, као што је ТЕЦ1-12706, неколико паралелепипеда од бизмут телурида и чврстог раствора силицијума и германијума постављено је између две керамичке подлоге, залемљене заједно у серијско коло. Ови парови полупроводника н- и п-типа повезани су проводљивим џамперима који су у контакту са керамичким подлогама.

Сваки пар малих полупроводничких паралелепипеда формира контакт за пролазак струје од полупроводника н-типа до полупроводника п-типа на једној страни Пелтиеровог претварача и од полупроводника п-типа до полупроводника н-типа на другој страни претварач.

Када струја протиче кроз све ове серијски повезане паралелепипеде, тада се, с једне стране, сви контакти само хладе, а са друге стране сви се само загревају.Ако се промени поларитет извора, стране ће променити своје улоге.

По овом принципу ради Пелтиер елемент или, како га још називају, Пелтиер термоелектрични претварач, где се топлота узима са једне стране производа и преноси на његову супротну страну, док се температурна разлика ствара на обе стране производа. елемент.

Могуће је чак додатно охладити грејну страну Пелтиеровог елемента помоћу хладњака са вентилатором, тада ће температура хладне стране бити још нижа. У широко доступним Пелтиеровим ћелијама, температурна разлика може достићи око 69 °Ц.

Да бисте проверили здравље Пелтиеровог елемента, довољна је батерија типа прста. Црвена жица ћелије је повезана са позитивним терминалом напајања, црна жица са минусом.Ако елемент ради исправно, онда ће се са једне стране десити грејање, а хлађење са друге, то можете осетити помоћу твоји прсти. Отпор конвенционалног Пелтиеровог елемента је у региону од неколико ома.