Peltjē elements - kā tas darbojas un kā pārbaudīt un savienot

Peltjē elementa darbības princips ir balstīts uz par Peltjē efektu, kas sastāv no tā, ka tiešā elektriskā strāva iet cauri divu dažādu vadītāju savienojumam, enerģija tiek pārnesta no viena pārejas vadītāja uz otru, savukārt siltums tiek atbrīvots vai absorbēts savienojumā.

Šī procesa laikā izdalītā vai absorbētā siltuma daudzums būs proporcionāls strāvai, tās plūsmas laikam, kā arī Peltjē koeficientam, kas raksturīgs konkrētajam lodēto vadu pārim. Savukārt Peltjē koeficients ir vienāds ar pāra termoelektrisko koeficientu, kas reizināts ar savienojuma absolūto temperatūru pašreizējā laikā.

Un tā kā Peltjē efekts ir visizteiksmīgākais pusvadītājos, tad šis īpašums tiek izmantots populāros un pieejamos pusvadītāju Peltjē elementos. Peltjē elementa vienā pusē siltums tiek absorbēts, no otras puses tas tiek atbrīvots. Tālāk mēs sīkāk aplūkosim šo parādību.

Peltjē tiešā fiziskā ietekme tika atklāta 1834. gadā.franču fiziķis Žans Peltjē, un četrus gadus vēlāk šīs parādības būtību izpētīja krievu fiziķis Emīlijs Lencs, kurš parādīja, ka, ja bismuta un antimona stieņi bija ciešā saskarē, saskares vietā pilēja ūdens un pēc tam cauri. krustojuma līdzstrāva ar noteiktu virzienu, tad, ja straumes sākuma virzienā ūdens pārvēršas ledū, tad, ja straumes virziens mainās uz pretējo, tad šis ledus ātri izkusīs.

Savā eksperimentā Lencs skaidri parādīja, ka Peltjē siltums tiek absorbēts vai atbrīvots atkarībā no strāvas virziena caur krustojumu.

Zemāk ir Peltjē koeficientu tabula trim populāriem metālu pāriem. Starp citu, efektu, kas ir pretējs Peltjē efektam, sauc par Zēbeka efektu (kad, sildot vai atdzesējot slēgtas ķēdes savienojumus, elektrība).

Tātad, kāpēc rodas Peltjē efekts? Iemesls ir tāds, ka divu vielu saskares punktā ir kontakta potenciāla atšķirība, kas starp tām rada kontakta elektrisko lauku.

Ja tagad caur kontaktu plūst elektriskā strāva, šis lauks vai nu palīdzēs strāvas plūsmai, vai arī to novērsīs. Tāpēc, ja strāva ir vērsta pret kontakta lauka spēka vektoru, tad pielietotā EML avotam ir jādara darbs, un avota enerģija tiek atbrīvota saskares punktā, tas izraisīs tā uzkaršanu.

Ja avota strāva tiek virzīta pa kontakta lauku, tad to it kā papildus atbalsta šis iekšējais elektriskais lauks, un tagad lauks veiks papildu darbu, lai pārvietotu lādiņus. Šī enerģija tagad tiek noņemta no vielas, kas faktiski izraisa savienojuma atdzišanu.

Tātad, tā kā mēs zinām, ka Peltjē elementos tiek izmantoti pusvadītāju pāri, kāds process tiek izmantots pusvadītājos?

Tas ir vienkārši.Šie pusvadītāji atšķiras ar elektronu enerģijas līmeņiem vadītspējas joslā. Kad elektrons iziet cauri šo materiālu savienojuma vietai, elektrons iegūst enerģiju, lai tas varētu pārvietoties uz cita pusvadītāju pāra augstākas enerģijas vadīšanas joslu.

Kad elektrons absorbē šo enerģiju, pusvadītāju kontaktpunkts atdziest.Kad strāva plūst pretējā virzienā, pusvadītāju kontaktpunkts uzsilst, papildus parastajam džoula siltumam. Ja Peltjē šūnās pusvadītāju vietā izmantotu tīrus metālus, termiskais efekts būtu tik mazs, ka omiskā sildīšana to ievērojami pārsniegtu.

Īstā Peltjē pārveidotājā, piemēram, TEC1-12706, vairāki bismuta telurīda un cietā silīcija un germānija šķīduma paralēlskaldņi ir uzstādīti starp divām keramikas substrātiem, kas ir pielodēti kopā virknē. Šie n- un p-tipa pusvadītāju pāri ir savienoti ar vadošiem džemperiem, kas saskaras ar keramikas substrātiem.

Katrs mazo pusvadītāju paralēlskaldņu pāris veido kontaktu, lai pārvadītu strāvu no n tipa pusvadītāja uz p tipa pusvadītāju Peltjē pārveidotāja vienā pusē un no p tipa pusvadītāja uz n tipa pusvadītāju otrā pusē. pārveidotājs.

Kad strāva plūst cauri visiem šiem sērijveidā savienotajiem paralēlskaldņiem, tad, no vienas puses, visi kontakti tiek tikai atdzesēti, no otras puses, visi tiek tikai apsildīti.Ja mainīsies avota polaritāte, tad sāni mainīs savu lomas.

Pēc šī principa darbojas Peltjē elements jeb, kā to sauc arī, Peltjē termoelektriskais pārveidotājs, kur siltums tiek ņemts no vienas izstrādājuma puses un pārnests uz pretējo pusi, savukārt abās pusēs veidojas temperatūras starpība. elements.

Peltjē elementa apsildes pusi iespējams pat vēl vairāk atdzesēt, izmantojot radiatoru ar ventilatoru, tad aukstās puses temperatūra būs vēl zemāka. Plaši pieejamajās Peltjē šūnās temperatūras starpība var sasniegt aptuveni 69 °C.

Lai pārbaudītu Peltier elementa veselību, pietiek ar pirkstu tipa akumulatoru. Kameras sarkanais vads ir savienots ar barošanas avota pozitīvo spaili, melnais vads pie negatīvā.Ja elements darbojas pareizi, tad vienā pusē notiks sildīšana, bet otrā - dzesēšana, to var sajust ar jūsu pirkstiem. Parastā Peltjē elementa pretestība ir dažu omu robežās.