Peltier elementas – kaip jis veikia ir kaip patikrinti bei prijungti

Peltier elemento veikimo principas pagrįstas dėl Peltier efekto, kuris susideda iš to, kad kai nuolatinė elektros srovė praeina per dviejų skirtingų laidininkų sandūrą, energija perduodama iš vieno pereinamojo laidininko į kitą, o šiluma išsiskiria arba sugeria sankryžoje.

Šio proceso metu išsiskiriančios arba sugertos šilumos kiekis bus proporcingas srovei, jos tekėjimo laikui, taip pat Peltier koeficientui, būdingam tam tikrai lituotų laidų porai. Peltier koeficientas, savo ruožtu, yra lygus poros termoelektriniam koeficientui, padaugintam iš absoliučios sankryžos temperatūros esamu metu.

Ir kadangi Peltier efektas yra pats išraiškingiausias puslaidininkiuose, tada ši savybė naudojama populiariuose ir prieinamuose puslaidininkiniuose Peltier elementuose. Vienoje Peltier elemento pusėje šiluma sugeriama, kitoje išleidžiama. Toliau mes atidžiau pažvelgsime į šį reiškinį.

Tiesioginis fizinis Peltier poveikis buvo aptiktas 1834 m.prancūzų fizikas Jeanas Peltier, o po ketverių metų šio reiškinio esmę ištyrė rusų fizikas Emilius Lenzas, kuris parodė, kad jei bismuto ir stibio lazdelės glaudžiai liečiasi, sąlyčio taške lašėjo vanduo, o paskui per sandūroje nuolatinė srovė su tam tikra kryptimi, tada jei pradine srovės kryptimi vanduo virsta ledu, tai jei srovės kryptis pasikeis į priešingą, tada šis ledas greitai ištirps.

Savo eksperimente Lencas aiškiai parodė, kad Peltier šiluma sugeriama arba išleidžiama priklausomai nuo srovės krypties per sankryžą.

Žemiau yra trijų populiarių metalų porų Peltier koeficientų lentelė. Beje, Peltier efektui priešingas efektas vadinamas Seebeck efektu (kai šildant arba vėsinant uždaros grandinės jungtis, elektros).

Taigi kodėl atsiranda Peltier efektas? Priežastis ta, kad dviejų medžiagų sąlyčio taške yra kontaktinio potencialo skirtumas, dėl kurio tarp jų susidaro kontaktinis elektrinis laukas.

Jei dabar per kontaktą teka elektros srovė, šis laukas arba padės srovei tekėti, arba užkirs kelią. Todėl, jei srovė nukreipta prieš kontaktinio lauko jėgos vektorių, tai veikiamo EML šaltinis turi atlikti darbą, o šaltinio energija išleidžiama sąlyčio taške, dėl to jis įkais.

Jei šaltinio srovė nukreipta išilgai kontaktinio lauko, tai ji tarsi papildomai palaikoma šio vidinio elektrinio lauko, o dabar laukas atliks papildomą darbą, kad išjudintų krūvius. Ši energija dabar yra paimta iš medžiagos, dėl kurios jungtis iš tikrųjų atvėsina.

Taigi, kadangi žinome, kad puslaidininkių poros naudojamos Peltier elementuose, koks procesas naudojamas puslaidininkiuose?

Tai paprasta.Šie puslaidininkiai skiriasi laidumo juostoje esančių elektronų energijos lygiais. Kai elektronas praeina per šių medžiagų sandūrą, elektronas įgyja energijos, kad galėtų pereiti į kitos puslaidininkių poros didesnės energijos laidumo juostą.

Kai elektronas sugeria šią energiją, puslaidininkio kontaktinis taškas atvėsta.Srovei tekant priešinga kryptimi, puslaidininkio kontaktinis taškas įkaista, be įprastos Džaulio šilumos. Jei Peltier elementuose vietoj puslaidininkių būtų naudojami gryni metalai, šiluminis efektas būtų toks mažas, kad ominis šildymas jį gerokai viršytų.

Tikrame Peltier konverteryje, pvz., TEC1-12706, keli bismuto telurido ir kieto silicio bei germanio tirpalo gretasieniai yra sumontuoti tarp dviejų keraminių pagrindų, sulituotų nuoseklioje grandinėje. Šios n ir p tipo puslaidininkių poros yra sujungtos laidžiais trumpikliais, kurie liečiasi su keraminiais pagrindais.

Kiekviena mažų puslaidininkinių gretasienių pora sudaro kontaktą, kad srovę būtų galima perduoti iš n tipo puslaidininkio į p tipo puslaidininkį vienoje Peltier keitiklio pusėje ir iš p tipo puslaidininkio į n tipo puslaidininkį kitoje pusėje. keitiklis.

Kai srovė teka per visus šiuos nuosekliai sujungtus gretasienius, tai, viena vertus, visi kontaktai tik vėsinami, o kita vertus, visi tik šildomi.Jei pasikeis šaltinio poliškumas, šonai keis savo vaidmenis.

Pagal šį principą veikia Peltier elementas arba, kaip dar vadinamas, Peltier termoelektrinis keitiklis, kai šiluma paimama iš vienos gaminio pusės ir perduodama į priešingą pusę, o abiejose gaminio pusėse susidaro temperatūrų skirtumas. elementas.

Galima net toliau vėsinti Peltier elemento šildymo pusę naudojant radiatorių su ventiliatoriumi, tuomet šaltosios pusės temperatūra bus dar žemesnė. Plačiai prieinamose Peltier ląstelėse temperatūros skirtumas gali siekti apie 69 °C.

Norint patikrinti Peltier elemento būklę, pakanka piršto tipo baterijos. Celės raudonas laidas jungiamas prie teigiamo maitinimo šaltinio gnybto, juodas prie neigiamo.Jei elementas veikia tinkamai, tai vienoje pusėje vyks šildymas, o vėsinimas – kitoje, tai jaučiasi su tavo pirštai. Įprasto Peltier elemento varža yra kelių omų srityje.