Peltier-element - hvordan det virker, og hvordan man tjekker og forbinder

Funktionsprincippet for Peltier-elementet er baseret på på Peltier-effekten, som består i, at når en jævnstrøm passerer gennem et kryds af to forskellige ledere, overføres energi fra en overgangsleder til en anden, mens varme frigives eller absorberes i krydset.

Mængden af ​​varme, der frigives eller absorberes under denne proces, vil være proportional med strømmen, tidspunktet for dens strømning såvel som Peltier-koefficienten, der er karakteristisk for et givet par loddede ledninger. Peltier-koefficienten er til gengæld lig med parrets termoelektriske koefficient multipliceret med den absolutte temperatur på krydset på det aktuelle tidspunkt.

Og da Peltier-effekten er den mest udtryksfulde i halvledere, så bruges denne egenskab i populære og overkommelige halvleder Peltier-elementer. På den ene side af Peltier-elementet absorberes varme, på den anden side frigives det. Dernæst vil vi se nærmere på dette fænomen.

Den direkte fysiske effekt af Peltier blev opdaget i 1834.af den franske fysiker Jean Peltier, og fire år senere blev essensen af ​​dette fænomen undersøgt af den russiske fysiker Emilius Lenz, som viste, at hvis stænger af vismut og antimon var i tæt kontakt, dryppede vand ved kontaktpunktet, og derefter gennem krydset jævnstrøm med en bestemt retning, så hvis vandet i den indledende retning af strømmen bliver til is, så hvis strømmens retning ændres til det modsatte, så vil denne is hurtigt smelte.

I sit eksperiment demonstrerede Lenz tydeligt, at Peltier-varme absorberes eller frigives afhængigt af strømmens retning gennem krydset.

Nedenfor er en tabel med Peltier-koefficienter for tre populære metalpar. Forresten kaldes effekten modsat Peltier-effekten Seebeck-effekten (når man opvarmer eller afkøler krydsene i et lukket kredsløb, elektricitet).

Så hvorfor opstår Peltier-effekten? Årsagen er, at der ved kontaktpunktet mellem to stoffer er en kontaktpotentialforskel, der genererer et elektrisk kontaktfelt mellem dem.

Hvis der nu løber en elektrisk strøm gennem kontakten, vil dette felt enten hjælpe strømmen eller forhindre den. Derfor, hvis strømmen er rettet mod kontaktfeltkraftvektoren, skal kilden til den påførte EMF gøre arbejdet, og kildens energi frigives ved kontaktpunktet, dette vil få den til at varme op.

Hvis kildestrømmen er rettet langs kontaktfeltet, så er den sådan set yderligere understøttet af dette indre elektriske felt, og nu vil feltet gøre yderligere arbejde for at flytte ladningerne. Denne energi er nu taget væk fra stoffet, hvilket faktisk får krydset til at afkøle.

Så da vi ved, at halvlederpar bruges i Peltier-elementer, hvilken proces bruges så i halvledere?

Det er enkelt. Disse halvledere adskiller sig i energiniveauerne for elektronerne i ledningsbåndet. Når en elektron passerer gennem krydset mellem disse materialer, får elektronen energi, så den kan bevæge sig til et højere energiledningsbånd i et andet halvlederpar.

Når elektronen absorberer denne energi, afkøles halvlederkontaktpunktet. Når strømmen løber i den modsatte retning, opvarmes halvlederkontaktpunktet udover den sædvanlige Joule-varme. Hvis rene metaller blev brugt i stedet for halvledere i Peltier-celler, ville den termiske effekt være så lille, at den ohmske opvarmning ville overskride den meget.

I en ægte Peltier-konverter, såsom TEC1-12706, er adskillige parallelepipeder af vismuttellurid og fast opløsning silicium og germanium monteret mellem to keramiske substrater, loddet sammen i et seriekredsløb. Disse par af n- og p-type halvledere er forbundet med ledende jumpere, der er i kontakt med de keramiske substrater.

Hvert par små halvlederparallepipeder danner en kontakt til at sende strøm fra en n-type halvleder til en p-type halvleder på den ene side af Peltier-konverteren og fra en p-type halvleder til en n-type halvleder på den anden side af konverteren.

Når strømmen går gennem alle disse serieforbundne parallelepipeder, så bliver på den ene side alle kontakter kun afkølet, og på den anden side bliver alle kun opvarmet Hvis kildens polaritet ændres, vil siderne ændre deres roller.

Efter dette princip fungerer Peltier-elementet, eller som det også kaldes Peltier termoelektriske omformer, hvor varme tages fra den ene side af produktet og overføres til dets modsatte side, mens der skabes en temperaturforskel på begge sider af produktet. elementet.

Det er endda muligt at køle varmesiden af ​​Peltier-elementet yderligere ved hjælp af en heatsink med blæser, så bliver temperaturen på den kolde side endnu lavere. I bredt tilgængelige Peltier-celler kan temperaturforskellen nå op på omkring 69 °C.

For at kontrollere Peltier-elementets sundhed er et fingerbatteri tilstrækkeligt. Cellens røde ledning er forbundet til den positive terminal på strømforsyningen, den sorte ledning til den negative. Hvis elementet fungerer korrekt, vil opvarmning ske på den ene side, og afkøling på den anden, kan du mærke det med dine fingre. Modstanden af ​​et konventionelt Peltier-element er i området af nogle få ohm.