Peltierův prvek - jak to funguje a jak zkontrolovat a připojit

Princip činnosti Peltierova prvku je založen na na Peltierův jev, který spočívá v tom, že při průchodu stejnosměrného elektrického proudu přechodem dvou různých vodičů dochází k přenosu energie z jednoho přechodového vodiče na druhý, přičemž se na přechodu uvolňuje nebo absorbuje teplo.

Množství tepla uvolněného nebo absorbovaného během tohoto procesu bude úměrné proudu, době jeho toku a také Peltierově koeficientu charakteristickém pro daný pár pájených drátů. Peltierův koeficient se zase rovná termoelektrickému koeficientu páru vynásobenému absolutní teplotou přechodu v aktuálním čase.

A protože Peltierův efekt je nejvýraznější v polovodičích, pak je tato vlastnost využita v oblíbených a cenově dostupných polovodičových Peltierových prvcích. Na jedné straně Peltierova článku se teplo absorbuje, na druhé se uvolňuje. Dále se na tento fenomén podíváme blíže.

Přímý fyzikální účinek Peltiera byl objeven v roce 1834.francouzským fyzikem Jeanem Peltierem a o čtyři roky později podstatu tohoto jevu zkoumal ruský fyzik Emilius Lenz, který ukázal, že pokud byly tyčinky vizmutu a antimonu v těsném kontaktu, v místě kontaktu kapala voda a následně přes přechodový stejnosměrný proud s určitým směrem, pak pokud se v počátečním směru proudu voda změní na led, pak pokud se směr proudu změní na opačný, pak tento led rychle roztaje.

Lenz ve svém experimentu jasně prokázal, že Peltierovo teplo se absorbuje nebo uvolňuje v závislosti na směru proudu přes přechod.

Níže je tabulka Peltierových koeficientů pro tři oblíbené kovové páry. Mimochodem, efekt opačný k Peltierovu jevu se nazývá Seebeckův efekt (když při ohřevu nebo chlazení spojů uzavřeného okruhu, elektřina).

Proč tedy dochází k Peltierovu jevu? Důvodem je to, že v místě kontaktu dvou látek existuje rozdíl kontaktních potenciálů, který mezi nimi vytváří kontaktní elektrické pole.

Pokud nyní kontaktem protéká elektrický proud, toto pole buď toku proudu pomůže, nebo mu zabrání. Pokud je tedy proud namířen proti vektoru síly kontaktního pole, pak musí zdroj aplikovaného EMF vykonat práci a energie zdroje se uvolní v místě kontaktu, což způsobí jeho zahřátí.

Pokud je zdrojový proud nasměrován podél kontaktního pole, pak je jakoby dodatečně podporován tímto vnitřním elektrickým polem a pole nyní vykoná další práci pro přesun nábojů. Tato energie je nyní látce odebírána, což ve skutečnosti způsobuje ochlazení spoje.

Takže, protože víme, že se v Peltierových prvcích používají polovodičové páry, jaký proces se používá v polovodičích?

Je to jednoduché, tyto polovodiče se liší energetickými hladinami elektronů ve vodivém pásmu. Když elektron projde spojem těchto materiálů, získá elektron energii, aby se mohl přesunout do vyššího energetického vodivostního pásma jiného polovodičového páru.

Když elektron tuto energii pohltí, kontaktní bod polovodiče se ochladí, při opačném směru proudu se kontaktní bod polovodiče kromě obvyklého Jouleova tepla zahřívá. Pokud by se místo polovodičů v Peltierových článcích použily čisté kovy, tepelný efekt by byl tak malý, že by ho ohmický ohřev značně převýšil.

Ve skutečném Peltierově konvertoru, jako je TEC1-12706, je několik rovnoběžnostěnů z teluridu vizmutu a pevného roztoku křemíku a germania namontováno mezi dva keramické substráty, připájené k sobě v sériovém obvodu. Tyto dvojice polovodičů typu n a p jsou spojeny vodivými propojkami, které jsou v kontaktu s keramickými substráty.

Každý pár malých polovodičových rovnoběžnostěnů tvoří kontakt pro průchod proudu z polovodiče typu n do polovodiče typu p na jedné straně Peltierova měniče a z polovodiče typu p do polovodiče typu n na druhé straně. převodník.

Když proud protéká všemi těmito sériově zapojenými rovnoběžnostěny, pak jsou všechny kontakty na jedné straně pouze chlazeny a na druhé straně jsou všechny pouze ohřívány.Pokud se změní polarita zdroje, změní strany své role.

Podle tohoto principu funguje Peltierův článek, nebo, jak se mu také říká, Peltierův termoelektrický konvertor, kde se teplo odebírá z jedné strany výrobku a přenáší na jeho opačnou stranu, přičemž na obou stranách vzniká teplotní rozdíl. prvek.

Topnou stranu Peltierova článku je dokonce možné dále chladit pomocí chladiče s ventilátorem, pak bude teplota studené strany ještě nižší. V široce dostupných Peltierových článcích může teplotní rozdíl dosáhnout asi 69 °C.

Pro kontrolu stavu Peltierova článku stačí prstová baterie. Červený vodič článku je připojen ke kladnému pólu zdroje, černý vodič k zápornému pólu. Pokud prvek funguje správně, dojde k zahřívání na jedné straně a ochlazování na druhé straně, cítíte to vaše prsty. Odpor běžného Peltierova prvku je v oblasti několika ohmů.