Peltier elemanı - nasıl çalışır ve nasıl kontrol edilir ve bağlanır

Peltier elemanının çalışma prensibi şuna dayanmaktadır: Peltier etkisi üzerine, doğru elektrik akımı iki farklı iletkenin birleşme noktasından geçtiğinde, enerji bir geçiş iletkeninden diğerine aktarılırken, bağlantı noktasında ısı salınması veya emilmesi gerçeğinden oluşur.

Bu işlem sırasında salınan veya emilen ısı miktarı, akımla, akış süresiyle ve ayrıca belirli bir çift lehimli telin Peltier katsayısı özelliğiyle orantılı olacaktır. Peltier katsayısı ise çiftin termoelektrik katsayısının bağlantı noktasının o andaki mutlak sıcaklığıyla çarpımına eşittir.

Ve Peltier etkisi en anlamlı olduğu için yarı iletkenlerde, o zaman bu özellik popüler ve uygun fiyatlı yarı iletken Peltier elemanlarında kullanılır. Peltier elemanının bir tarafında ısı emilir, diğer tarafında serbest bırakılır. Sonra, bu fenomene daha yakından bakacağız.

Peltier'in doğrudan fiziksel etkisi 1834'te keşfedildi.Fransız fizikçi Jean Peltier tarafından ve dört yıl sonra bu fenomenin özü, bizmut ve antimon çubukları yakın temas halindeyse, temas noktasında su damladığını ve ardından içinden su damladığını gösteren Rus fizikçi Emilius Lenz tarafından araştırıldı. bağlantı doğru akım belirli bir yönde, o zaman akımın başlangıç ​​​​yönünde su buza dönüşürse, o zaman akımın yönü tersine değişirse, bu buz hızla eriyecektir.

Lenz, deneyinde, Peltier ısısının bağlantı noktasından geçen akımın yönüne bağlı olarak emildiğini veya salındığını açıkça gösterdi.

Aşağıda, üç popüler metal çifti için Peltier katsayılarının bir tablosu bulunmaktadır. Bu arada, Peltier etkisinin tersi olan etkiye Seebeck etkisi denir (kapalı bir devrenin bağlantı noktalarını ısıtırken veya soğuturken, elektrik).

Peki Peltier etkisi neden oluşur? Bunun nedeni, iki maddenin temas noktasında, aralarında bir temas elektrik alanı oluşturan bir temas potansiyeli farkı olmasıdır.

Şimdi kontaktan bir elektrik akımı akıyorsa, bu alan ya akımın akmasına yardımcı olur ya da onu önler. Bu nedenle, akım temas alanı kuvvet vektörüne karşı yönlendirilirse, o zaman uygulanan EMF'nin kaynağı işi yapmalıdır ve kaynağın enerjisi temas noktasında açığa çıkar, bu da ısınmasına neden olur.

Kaynak akımı temas alanı boyunca yönlendirilirse, o zaman olduğu gibi, bu dahili elektrik alanı tarafından ek olarak desteklenir ve şimdi alan, yükleri hareket ettirmek için ek iş yapacaktır. Bu enerji artık maddeden alınır ve bu da aslında kavşağın soğumasına neden olur.

Peltier elemanlarında yarı iletken çiftlerinin kullanıldığını bildiğimize göre, yarı iletkenlerde hangi işlem kullanılır?

Çok basit: Bu yarı iletkenler, iletim bandındaki elektronların enerji seviyelerinde farklılık gösterir. Bir elektron bu malzemelerin birleşiminden geçtiğinde, elektron başka bir yarı iletken çiftinin daha yüksek bir enerji iletim bandına geçebilmek için enerji kazanır.

Elektron bu enerjiyi emdiğinde, yarı iletken temas noktası soğur, akım ters yönde aktığında, yarı iletken temas noktası normal Joule ısısına ek olarak ısınır. Peltier hücrelerinde yarı iletkenler yerine saf metaller kullanılsaydı, termal etki o kadar küçük olurdu ki, omik ısıtma onu büyük ölçüde aşardı.

TEC1-12706 gibi gerçek bir Peltier dönüştürücüde, birkaç paralel yüzlü bizmut tellürit ve katı çözelti silikon ve germanyum, bir seri devrede birbirine lehimlenmiş iki seramik alt tabaka arasına monte edilir. Bu n- ve p-tipi yarı iletken çiftleri, seramik alt-tabakalar ile temas halinde olan iletken atlama telleri ile bağlanır.

Küçük yarı iletken paralel boruların her bir çifti, Peltier dönüştürücünün bir tarafında n tipi yarı iletkenden p tipi yarı iletkene ve diğer tarafında p tipi yarı iletkenden n tipi yarı iletkene akım geçirmek için bir temas oluşturur. dönüştürücü.

Akım tüm bu seri bağlı paralel borulardan aktığında, bir yandan tüm kontaklar sadece soğutulur ve diğer yandan hepsi sadece ısıtılır. Kaynağın polaritesi değişirse, taraflar da değişecektir. roller.

Bu prensibe göre, ısının ürünün bir tarafından alınıp karşı tarafına aktarıldığı Peltier elemanı veya diğer adıyla Peltier termoelektrik dönüştürücü çalışırken, ürünün her iki tarafında sıcaklık farkı oluşturulur. eleman

Fanlı bir soğutucu kullanarak Peltier elemanının ısıtma tarafını daha da soğutmak bile mümkündür, bu durumda soğuk tarafın sıcaklığı daha da düşük olacaktır. Yaygın olarak bulunan Peltier hücrelerinde sıcaklık farkı yaklaşık 69 °C'ye ulaşabilir.

Peltier elemanının sağlığını kontrol etmek için parmak tipi bir pil yeterlidir. Hücrenin kırmızı kablosu güç kaynağının pozitif terminaline, siyah kablo negatife bağlanır.Eleman doğru çalışıyorsa, o zaman bir tarafta ısıtma, diğer tarafta soğutma olur, bunu hissedebilirsiniz. senin parmakların. Geleneksel bir Peltier elemanının direnci birkaç ohm civarındadır.