Peltieri element – ​​kuidas see töötab ning kuidas kontrollida ja ühendada

Peltier elemendi tööpõhimõte põhineb Peltieri efekti kohta, mis seisneb selles, et kui alalisvool läbib kahe erineva juhi ristmikku, kandub energia ühelt üleminekujuhilt teisele, samas kui ühenduskohas eraldub või neeldub soojus.

Selle protsessi käigus vabanev või neeldunud soojushulk on võrdeline vooluga, selle voolu ajaga, aga ka antud joodetud juhtmepaari Peltieri koefitsiendiga. Peltieri koefitsient on omakorda võrdne paari termoelektrilise koefitsiendiga, mis on korrutatud ristmiku absoluutse temperatuuriga praegusel ajal.

Ja kuna Peltieri efekt on kõige ilmekam pooljuhtides, siis kasutatakse seda omadust populaarsetes ja soodsates pooljuht-Peltieri elementides. Peltier elemendi ühel küljel soojus neeldub, teiselt poolt vabaneb. Järgmisena vaatleme seda nähtust lähemalt.

Peltieri otsene füüsiline mõju avastati 1834. aastal.Prantsuse füüsik Jean Peltier ja neli aastat hiljem uuris selle nähtuse olemust vene füüsik Emilius Lenz, kes näitas, et kui vismuti ja antimoni vardad olid tihedas kontaktis, tilkus vesi kokkupuutepunktis ja seejärel läbi. ristmiku alalisvool teatud suunaga, siis kui hoovuse algsuunas muutub vesi jääks, siis kui hoovuse suund muutub vastupidiseks, siis see jää sulab kiiresti.

Oma katses näitas Lenz selgelt, et Peltieri soojus neeldub või eraldub sõltuvalt ristmikku läbiva voolu suunast.

Allpool on kolme populaarse metallipaari Peltieri koefitsientide tabel. Muide, Peltieri efektile vastupidist efekti nimetatakse Seebecki efektiks (kui suletud ahela ristmikke soojendades või jahutades, elektrit).

Miks siis Peltieri efekt ilmneb? Põhjus on selles, et kahe aine kokkupuutepunktis on kontaktpotentsiaalide erinevus, mis tekitab nende vahel kontaktelektrivälja.

Kui nüüd läbi kontakti liigub elektrivool, siis see väli kas aitab voolul kaasa või takistab seda. Seega, kui vool on suunatud vastu kontaktvälja jõuvektorit, siis peab selle töö ära tegema rakendatud EMF-i allikas ja kokkupuutepunktis eraldub allika energia, mis põhjustab selle kuumenemise.

Kui lähtevool on suunatud piki kontaktvälja, siis seda justkui toetab see sisemine elektriväli ja nüüd teeb väli laengute liigutamiseks lisatööd. See energia võetakse nüüd ainelt ära, mis tegelikult põhjustab ristmiku jahtumise.

Niisiis, kuna me teame, et Peltieri elementides kasutatakse pooljuhtide paare, siis millist protsessi kasutatakse pooljuhtides?

See on lihtne.Need pooljuhid erinevad juhtivusriba elektronide energiatasemete poolest. Kui elektron läbib nende materjalide ristmikku, saab elektron energiat juurde, et saaks liikuda teise pooljuhtide paari kõrgema energiajuhtivusriba.

Kui elektron neelab selle energia, pooljuhtide kontaktpunkt jahtub.Kui vool liigub vastupidises suunas, siis pooljuhtide kontaktpunkt kuumeneb lisaks tavapärasele džauli soojusele. Kui Peltier elementides kasutataks pooljuhtide asemel puhtaid metalle, oleks termiline efekt nii väike, et oomiline kuumutamine ületaks selle tunduvalt.

Tõelises Peltieri muunduris, nagu TEC1-12706, on mitmed vismuttelluriidi rööptahud ning räni ja germaaniumi tahke lahus monteeritud kahe keraamilise substraadi vahele, mis on joodetud kokku jadaahelas. Need n- ja p-tüüpi pooljuhtide paarid on ühendatud juhtivate džempritega, mis on kontaktis keraamiliste aluspindadega.

Iga väikeste pooljuhtide rööptahukate paar moodustab kontakti, et suunata vool n-tüüpi pooljuhist p-tüüpi pooljuhile Peltieri muunduri ühel küljel ja p-tüüpi pooljuhist n-tüüpi pooljuhile teisel pool. muundur.

Kui vool läbib kõiki neid järjestikku ühendatud rööptahukaid, siis ühest küljest kõik kontaktid ainult jahutatakse ja teisest küljest kõik ainult soojendatakse.Kui allika polaarsus muutub, siis küljed muudavad oma rollid.

Selle põhimõtte kohaselt töötab Peltieri element või, nagu seda nimetatakse ka Peltier' termoelektriline muundur, kus soojus võetakse toote ühelt küljelt ja suunatakse selle vastasküljele, samal ajal kui mõlemal küljel tekib temperatuuride erinevus. element.

Peltier elemendi soojenduspoolt on võimalik isegi ventilaatoriga radiaatori abil veelgi jahutada, siis on külma poole temperatuur veelgi madalam. Laialdaselt saadaolevates Peltieri rakkudes võib temperatuuride erinevus ulatuda umbes 69 °C-ni.

Peltieri elemendi töökorra kontrollimiseks piisab sõrmetüüpi akust. Lahtri punane juhe on ühendatud toiteploki plussklemmiga, must juhe negatiivsega.Kui element töötab korralikult, siis ühelt poolt toimub soojenemine ja teiselt poolt jahutamine on tunda teie sõrmed. Tavalise Peltieri elemendi takistus jääb mõne oomi vahemikku.