Peltier elem – hogyan működik, hogyan kell ellenőrizni és csatlakoztatni

A Peltier elem működési elve azon alapul a Peltier-effektusról, amely abból áll, hogy amikor egy egyenáram két különböző vezető találkozási pontján halad át, az energia az egyik átmeneti vezetőről a másikra kerül át, miközben a találkozásnál hő szabadul fel vagy nyel el.

A folyamat során felszabaduló vagy elnyelt hő mennyisége arányos lesz az áramerősséggel, annak áramlási idejével, valamint az adott forrasztott huzalpárra jellemző Peltier-együtthatóval. A Peltier-együttható viszont egyenlő a pár termoelektromos együtthatójával, megszorozva a csomópont aktuális hőmérsékletével.

És mivel a Peltier-effektus a legkifejezőbb félvezetőkben, akkor ezt a tulajdonságot a népszerű és megfizethető félvezető Peltier elemekben használják. A Peltier-elem egyik oldalán a hő elnyelődik, a másikon felszabadul. A továbbiakban ezt a jelenséget fogjuk közelebbről megvizsgálni.

Peltier közvetlen fizikai hatását 1834-ben fedezték fel.Jean Peltier francia fizikus, négy évvel később pedig Emilius Lenz orosz fizikus vizsgálta ennek a jelenségnek a lényegét, aki kimutatta, hogy ha a bizmut- és az antimonrudak szorosan érintkeztek, akkor az érintkezési ponton víz csöpögött, majd át. a csomópont egyenáram egy bizonyos irányú, akkor ha az áram kezdeti irányában a víz jéggé alakul, akkor ha az áram iránya az ellenkezőjére változik, akkor ez a jég gyorsan elolvad.

Lenz kísérletében egyértelműen kimutatta, hogy a Peltier-hő a csomóponton áthaladó áram irányától függően nyelődik el vagy szabadul fel.

Az alábbiakban három népszerű fémpár Peltier-együtthatóinak táblázata látható. Mellesleg a Peltier-effektussal ellentétes hatást Seebeck-effektusnak nevezzük (amikor egy zárt áramkör csomópontjait melegítjük vagy hűtjük, elektromosság).

Akkor miért jelentkezik a Peltier-effektus? Ennek az az oka, hogy két anyag érintkezési pontján érintkezési potenciálkülönbség van, amely érintkezési elektromos teret hoz létre közöttük.

Ha most elektromos áram folyik át az érintkezőn, ez a mező vagy segíti az áram áramlását, vagy megakadályozza azt. Ezért ha az áram az érintkezési térerővektor ellen irányul, akkor az alkalmazott EMF forrásának kell elvégeznie a munkát, és a forrás energiája az érintkezési ponton felszabadul, ez felmelegszik.

Ha a forrásáram az érintkezési mező mentén van irányítva, akkor azt mintegy kiegészítve ez a belső elektromos tér is támogatja, és most a mező további munkát végez a töltések mozgatására. Ezt az energiát most elveszik az anyagból, ami tulajdonképpen a csomópont lehűlését okozza.

Tehát, mivel tudjuk, hogy félvezető párokat használnak a Peltier-elemekben, milyen folyamatot alkalmaznak a félvezetőkben?

Ez egyszerű, ezek a félvezetők a vezetési sávban lévő elektronok energiaszintjében különböznek egymástól. Amikor egy elektron áthalad ezen anyagok találkozási pontján, az elektron energiát nyer, így egy másik félvezetőpár magasabb energiájú vezetési sávjába tud mozogni.

Amikor az elektron elnyeli ezt az energiát, a félvezető érintkezési pontja lehűl, ellenkező irányú áram esetén a félvezető érintkezési pontja a szokásos Joule-hő mellett felmelegszik. Ha a Peltier-cellákban a félvezetők helyett tiszta fémeket használnának, akkor a hőhatás olyan kicsi lenne, hogy az ohmos fűtés nagymértékben meghaladná azt.

Egy valódi Peltier-konverterben, például a TEC1-12706-ban, több bizmut-tellurid és szilárd oldatú szilícium és germánium paralelepipedon van felszerelve két kerámia hordozó közé, amelyeket egy soros áramkörben forrasztanak össze. Ezeket az n- és p-típusú félvezetőpárokat vezetőképes áthidalókkal kötik össze, amelyek érintkeznek a kerámia hordozókkal.

Minden pár kis félvezető paralelepipedon érintkezőt képez, hogy az áramot egy n-típusú félvezetőből egy p-típusú félvezetőbe a Peltier-átalakító egyik oldalán, és egy p-típusú félvezetőből egy n-típusú félvezetőbe továbbítsa a másik oldalon. az átalakítót.

Ha ezeken a sorosan kapcsolt paralelepipedonokon átfolyik az áram, akkor egyrészt az összes érintkező csak hűt, másrészt csak melegszik, ha a forrás polaritása megváltozik, az oldalak megváltoztatják a szerepeket.

Ennek az elvnek megfelelően működik a Peltier elem, vagy más néven a Peltier termoelektromos konverter, ahol a hőt a termék egyik oldaláról veszik át, és a másik oldalára adják át, miközben a termék mindkét oldalán hőmérséklet-különbség keletkezik. az elem.

A Peltier elem fűtőoldalának további hűtése is lehetséges ventilátoros hűtőbordával, ekkor a hideg oldal hőmérséklete még alacsonyabb lesz. A széles körben elérhető Peltier-cellákban a hőmérséklet-különbség elérheti a 69 °C-ot.

A Peltier elem állapotának ellenőrzéséhez elegendő egy ujj típusú elem. A cella piros vezetéke a táp pozitív kapcsára, a fekete vezeték a negatívra csatlakozik, ha az elem megfelelően működik, akkor az egyik oldalon a felmelegedés, a másik oldalon a hűtés történik, ezt érezheti az ujjaidat. A hagyományos Peltier-elem ellenállása néhány ohm tartományba esik.