Element Peltier: com funciona i com comprovar i connectar

El principi de funcionament de l'element Peltier es basa en sobre l'efecte Peltier, que consisteix en el fet que quan un corrent elèctric continu passa per una unió de dos conductors diferents, l'energia es transfereix d'un conductor de transició a un altre, mentre que la calor s'allibera o s'absorbeix a la unió.

La quantitat de calor alliberada o absorbida durant aquest procés serà proporcional al corrent, al temps del seu flux, així com al coeficient de Peltier característic d'un determinat parell de cables soldats. El coeficient de Peltier, al seu torn, és igual al coeficient termoelèctric del parell multiplicat per la temperatura absoluta de la unió en el moment actual.

I ja que l'efecte Peltier és el més expressiu en semiconductors, llavors aquesta propietat s'utilitza en elements Peltier semiconductors populars i assequibles. Per un costat de l'element Peltier s'absorbeix la calor, per l'altre s'allibera. A continuació, analitzarem aquest fenomen amb més detall.

L'efecte físic directe de Peltier es va descobrir el 1834.del físic francès Jean Peltier, i quatre anys més tard l'essència d'aquest fenomen va ser investigada pel físic rus Emilius Lenz, que va demostrar que si les barres de bismut i antimoni estaven en contacte estret, l'aigua degotava al punt de contacte, i després a través el corrent continu de la unió amb una certa direcció, aleshores si en la direcció inicial del corrent l'aigua es converteix en gel, aleshores si la direcció del corrent canvia al contrari, aquest gel es fon ràpidament.

En el seu experiment, Lenz va demostrar clarament que la calor de Peltier s'absorbeix o s'allibera depenent de la direcció del corrent a través de la unió.

A continuació es mostra una taula de coeficients de Peltier per a tres parells de metalls populars. Per cert, l'efecte contrari a l'efecte Peltier s'anomena efecte Seebeck (quan quan s'escalfa o refreda les unions d'un circuit tancat, electricitat).

Aleshores, per què es produeix l'efecte Peltier? El motiu és que en el punt de contacte de dues substàncies hi ha una diferència de potencial de contacte que genera un camp elèctric de contacte entre elles.

Si ara flueix un corrent elèctric pel contacte, aquest camp ajudarà el flux de corrent o l'impedirà. Per tant, si el corrent es dirigeix ​​contra el vector de força de camp de contacte, llavors la font de l'EMF aplicat ha de fer el treball i l'energia de la font s'allibera al punt de contacte, això farà que s'escalfi.

Si el corrent de la font es dirigeix ​​al llarg del camp de contacte, aleshores és, per dir-ho, suportat addicionalment per aquest camp elèctric intern, i ara el camp farà un treball addicional per moure les càrregues. Aquesta energia ara s'elimina de la substància, la qual cosa fa que la unió es refredi.

Per tant, com que sabem que els parells de semiconductors s'utilitzen en els elements Peltier, quin procés s'utilitza en els semiconductors?

És senzill: aquests semiconductors difereixen en els nivells d'energia dels electrons de la banda de conducció. Quan un electró passa per la unió d'aquests materials, l'electró guanya energia per poder moure's a una banda de conducció d'energia més alta d'un altre parell de semiconductors.

Quan l'electró absorbeix aquesta energia, el punt de contacte del semiconductor es refreda.Quan el corrent circula en sentit contrari, el punt de contacte del semiconductor s'escalfa, a més de la calor de Joule habitual. Si s'utilitzessin metalls purs en lloc de semiconductors a les cèl·lules Peltier, l'efecte tèrmic seria tan petit que l'escalfament òhmic el superaria molt.

En un veritable convertidor Peltier, com el TEC1-12706, es munten diversos paral·lelepípedes de telurur de bismut i silici i germani en solució sòlida entre dos substrats ceràmics, soldats junts en un circuit en sèrie. Aquests parells de semiconductors de tipus n i p estan connectats per ponts conductors que estan en contacte amb els substrats ceràmics.

Cada parell de petits paral·lelepípedes semiconductors forma un contacte per passar el corrent d'un semiconductor de tipus n a un semiconductor de tipus p d'un costat del convertidor Peltier, i d'un semiconductor de tipus p a un semiconductor de tipus n a l'altre costat de el convertidor.

Quan el corrent flueix per tots aquests paral·lelepípedes connectats en sèrie, llavors, d'una banda, tots els contactes només es refreden, i d'altra banda, tots només s'escalfen. Si la polaritat de la font canvia, els costats canviaran el seu rols.

Segons aquest principi, funciona l'element Peltier, o, com també s'anomena, el convertidor termoelèctric Peltier, on la calor es pren d'un costat del producte i es transfereix al seu costat oposat, mentre que es crea una diferència de temperatura a ambdós costats del producte. l'element.

Fins i tot és possible refredar encara més el costat de calefacció de l'element Peltier mitjançant un dissipador de calor amb un ventilador, aleshores la temperatura del costat fred serà encara més baixa. A les cèl·lules Peltier àmpliament disponibles, la diferència de temperatura pot arribar a uns 69 °C.

Per comprovar la salut de l'element Peltier, n'hi ha prou amb una bateria de dit. El cable vermell de la cèl·lula està connectat al terminal positiu de la font d'alimentació, el cable negre al negatiu. Si l'element funciona correctament, l'escalfament es produirà per un costat i el refredament per l'altre, es pot sentir amb els teus dits. La resistència d'un element Peltier convencional és d'uns pocs ohms.