Peltier-element - hvordan det fungerer og hvordan du sjekker og kobler til

Prinsippet for drift av Peltier-elementet er basert på på Peltier-effekten, som består i det faktum at når en elektrisk likestrøm går gjennom et kryss av to forskjellige ledere, overføres energi fra en overgangsleder til en annen, mens varme frigjøres eller absorberes i krysset.

Mengden varme som frigjøres eller absorberes under denne prosessen vil være proporsjonal med strømmen, tiden for dens strømning, samt Peltier-koeffisienten som er karakteristisk for et gitt par loddede ledninger. Peltier-koeffisienten er på sin side lik den termoelektriske koeffisienten til paret multiplisert med den absolutte temperaturen til krysset på gjeldende tidspunkt.

Og siden Peltier-effekten er den mest uttrykksfulle i halvledere, så brukes denne egenskapen i populære og rimelige halvleder Peltier-elementer. På den ene siden av Peltier-elementet absorberes varme, på den andre frigjøres den. Deretter skal vi se nærmere på dette fenomenet.

Den direkte fysiske effekten av Peltier ble oppdaget i 1834.av den franske fysikeren Jean Peltier, og fire år senere ble essensen av dette fenomenet undersøkt av den russiske fysikeren Emilius Lenz, som viste at hvis staver av vismut og antimon var i nær kontakt, dryppet vann ved kontaktpunktet, og deretter gjennom krysset likestrøm med en viss retning, så hvis i den opprinnelige retningen av strømmen blir vannet til is, så hvis retningen til strømmen endres til det motsatte, vil denne isen raskt smelte.

I sitt eksperiment demonstrerte Lenz tydelig at Peltier-varme absorberes eller frigjøres avhengig av strømretningen gjennom krysset.

Nedenfor er en tabell over Peltier-koeffisienter for tre populære metallpar. Forresten, den motsatte effekten av Peltier-effekten kalles Seebeck-effekten (når du oppvarmer eller kjøler kryssene til en lukket krets, elektrisitet).

Så hvorfor oppstår Peltier-effekten? Årsaken er at ved kontaktpunktet mellom to stoffer er det en kontaktpotensialforskjell som genererer et elektrisk kontaktfelt mellom dem.

Hvis det nå går en elektrisk strøm gjennom kontakten, vil dette feltet enten hjelpe strømmen eller hindre den. Derfor, hvis strømmen er rettet mot kontaktfeltkraftvektoren, må kilden til den påførte EMF gjøre arbeidet, og energien til kilden frigjøres ved kontaktpunktet, vil dette føre til at den varmes opp.

Hvis kildestrømmen er rettet langs kontaktfeltet, så er den som det var i tillegg støttet av dette interne elektriske feltet, og nå vil feltet gjøre ekstra arbeid for å flytte ladningene. Denne energien blir nå tatt bort fra stoffet, som faktisk får krysset til å avkjøles.

Så siden vi vet at halvlederpar brukes i Peltier-elementer, hvilken prosess brukes i halvledere?

Det er enkelt. Disse halvlederne er forskjellige i energinivåene til elektronene i ledningsbåndet. Når et elektron passerer gjennom krysset mellom disse materialene, får elektronet energi slik at det kan bevege seg til et høyere energiledningsbånd til et annet halvlederpar.

Når elektronet absorberer denne energien, avkjøles halvlederkontaktpunktet Når strømmen går i motsatt retning, varmes halvlederkontaktpunktet opp, i tillegg til vanlig Joule-varme. Hvis det ble brukt rene metaller i stedet for halvledere i Peltier-celler, ville den termiske effekten være så liten at den ohmske oppvarmingen ville overskride den.

I en ekte Peltier-omformer, slik som TEC1-12706, er flere parallellepipeder av vismuttellurid og silisium og germanium i fast oppløsning montert mellom to keramiske underlag, loddet sammen i en seriekrets. Disse parene av n- og p-type halvledere er forbundet med ledende jumpere som er i kontakt med de keramiske underlagene.

Hvert par små halvlederparallellepipeder danner en kontakt for å sende strøm fra en n-type halvleder til en p-type halvleder på den ene siden av Peltier-omformeren, og fra en p-type halvleder til en n-type halvleder på den andre siden av omformeren.

Når strømmen går gjennom alle disse seriekoblede parallellepipedene, så blir på den ene siden alle kontaktene kun avkjølt, og på den andre siden blir alle bare oppvarmet Hvis polariteten til kilden endres, vil sidene endre sine roller.

Etter dette prinsippet fungerer Peltier-elementet, eller, som det også kalles, Peltier termoelektriske omformer, hvor varme tas fra den ene siden av produktet og overføres til dens motsatte side, mens det skapes en temperaturforskjell på begge sider av produktet. elementet.

Det er til og med mulig å kjøle opp varmesiden av Peltier-elementet ytterligere ved hjelp av en kjøleribbe med vifte, da blir temperaturen på den kalde siden enda lavere. I allment tilgjengelige Peltier-celler kan temperaturforskjellen nå rundt 69 °C.

For å sjekke tilstanden til Peltier-elementet er et batteri av fingertypen tilstrekkelig. Den røde ledningen til cellen er koblet til den positive terminalen på strømforsyningen, den svarte ledningen til den negative. Hvis elementet fungerer som det skal, vil oppvarming skje på den ene siden, og kjøling på den andre, du kan føle det med fingrene dine. Motstanden til et konvensjonelt Peltier-element er i området noen få ohm.