Peltierjev element - kako deluje in kako preveriti in povezati

Načelo delovanja Peltierjevega elementa temelji na na Peltierjev učinek, ki je sestavljen iz dejstva, da ko enosmerni električni tok prehaja skozi stičišče dveh različnih prevodnikov, se energija prenese iz enega prehodnega prevodnika v drugega, medtem ko se na stičišču sprosti ali absorbira toplota.

Količina sproščene ali absorbirane toplote med tem postopkom bo sorazmerna s tokom, časom njegovega pretoka, pa tudi s Peltierjevim koeficientom, značilnim za dani par spajkanih žic. Peltierjev koeficient pa je enak termoelektričnemu koeficientu para, pomnoženemu z absolutno temperaturo spoja v trenutnem času.

In ker je Peltierjev učinek najbolj izrazit v polprevodnikih, potem se ta lastnost uporablja v priljubljenih in cenovno dostopnih polprevodniških Peltierjevih elementih. Na eni strani Peltierjevega elementa se toplota absorbira, na drugi pa se sprošča. Nato si bomo podrobneje ogledali ta pojav.

Neposredni fizični učinek Peltierja je bil odkrit leta 1834.francoski fizik Jean Peltier, štiri leta kasneje pa je bistvo tega pojava raziskoval ruski fizik Emilius Lenz, ki je pokazal, da če sta palici bizmuta in antimona v tesnem stiku, voda kaplja na mestu stika, nato pa skozi stičišče enosmerni tok z določeno smerjo, če se voda v začetni smeri toka spremeni v led, če se smer toka spremeni v nasprotno, se bo ta led hitro stopil.

V svojem poskusu je Lenz jasno pokazal, da se Peltierjeva toplota absorbira ali sprosti glede na smer toka skozi spoj.

Spodaj je tabela Peltierjevih koeficientov za tri priljubljene kovinske pare. Mimogrede, učinek, ki je nasproten Peltierjevemu učinku, se imenuje Seebeckov učinek (ko pri segrevanju ali ohlajanju stičišč zaprtega kroga, elektrika).

Zakaj se torej pojavi Peltierjev učinek? Razlog je v tem, da na mestu stika dveh snovi obstaja kontaktna potencialna razlika, ki med njima ustvari kontaktno električno polje.

Če zdaj skozi kontakt teče električni tok, bo to polje bodisi pomagalo toku toka bodisi ga preprečilo. Torej, če je tok usmerjen proti vektorju sile kontaktnega polja, mora vir uporabljenega EMF opraviti delo, energija vira pa se sprosti na točki stika, kar bo povzročilo segrevanje.

Če je izvorni tok usmerjen vzdolž kontaktnega polja, potem je tako rekoč dodatno podprt s tem notranjim električnim poljem, zdaj pa bo polje opravilo dodatno delo za premikanje nabojev. Ta energija je zdaj odvzeta snovi, kar dejansko povzroči, da se spoj ohladi.

Torej, ker vemo, da se polprevodniški pari uporabljajo v Peltierjevih elementih, kakšen postopek se uporablja v polprevodnikih?

Preprosto je. Ti polprevodniki se razlikujejo po energijskih nivojih elektronov v prevodnem pasu. Ko gre elektron skozi stičišče teh materialov, pridobi energijo, tako da se lahko premakne v prevodni pas z višjo energijo drugega para polprevodnikov.

Ko elektron absorbira to energijo, se kontaktna točka polprevodnika ohladi. Ko tok teče v nasprotni smeri, se kontaktna točka polprevodnika segreje, poleg običajne Joulove toplote. Če bi namesto polprevodnikov v Peltierjevih celicah uporabili čiste kovine, bi bil toplotni učinek tako majhen, da bi ga ohmsko segrevanje močno preseglo.

V pravem Peltierjevem pretvorniku, kot je TEC1-12706, je več paralelopipedov iz bizmutovega telurida in trdne raztopine silicija in germanija nameščenih med dvema keramičnima substratoma, spajkanima skupaj v zaporedno vezje. Ti pari polprevodnikov n- in p-tipa so povezani s prevodnimi mostički, ki so v stiku s keramičnimi substrati.

Vsak par majhnih polprevodniških paralelopipedov tvori stik za prenos toka od polprevodnika tipa n do polprevodnika tipa p na eni strani Peltierjevega pretvornika in od polprevodnika tipa p do polprevodnika tipa n na drugi strani pretvornik.

Ko tok teče skozi vse te zaporedno povezane paralelepipede, se na eni strani vsi kontakti samo hladijo, na drugi strani pa se vsi samo segrevajo.Če se spremeni polarnost vira, se stranice spremenijo. vloge.

Po tem principu deluje Peltierjev element ali, kot ga imenujemo tudi Peltierjev termoelektrični pretvornik, kjer se toplota odvzema z ene strani izdelka in se prenaša na njegovo nasprotno stran, na obeh straneh pa se ustvari temperaturna razlika. element.

Možno je celo dodatno ohladiti grelno stran Peltierjevega elementa s pomočjo hladilnika z ventilatorjem, takrat bo temperatura hladne strani še nižja. V široko dostopnih Peltierjevih celicah lahko temperaturna razlika doseže približno 69 °C.

Za preverjanje zdravja Peltierjevega elementa zadostuje prstna baterija. Rdeča žica celice je povezana s pozitivnim priključkom napajalnika, črna žica z negativnim.Če element deluje pravilno, se bo na eni strani dogajalo segrevanje, na drugi pa hlajenje, kar lahko občutite z tvoji prsti. Upor običajnega Peltierjevega elementa je v območju nekaj ohmov.