Elemen Peltier - cara ia berfungsi dan cara menyemak dan menyambung

Prinsip operasi elemen Peltier adalah berdasarkan pada kesan Peltier, yang terdiri daripada fakta bahawa apabila arus elektrik terus melalui persimpangan dua konduktor berbeza, tenaga dipindahkan dari satu konduktor peralihan ke konduktor peralihan yang lain, manakala haba dibebaskan atau diserap di persimpangan.

Jumlah haba yang dibebaskan atau diserap semasa proses ini akan berkadar dengan arus, masa pengalirannya, serta ciri pekali Peltier bagi sepasang wayar yang dipateri. Pekali Peltier pula adalah sama dengan pekali termoelektrik pasangan yang didarab dengan suhu mutlak simpang pada masa semasa.

Dan kerana kesan Peltier adalah yang paling ekspresif dalam semikonduktor, maka sifat ini digunakan dalam elemen Peltier semikonduktor yang popular dan berpatutan. Di satu sisi unsur Peltier haba diserap, di sisi lain ia dibebaskan. Seterusnya, kita akan melihat lebih dekat fenomena ini.

Kesan fizikal langsung Peltier ditemui pada tahun 1834.oleh ahli fizik Perancis Jean Peltier, dan empat tahun kemudian intipati fenomena ini telah disiasat oleh ahli fizik Rusia Emilius Lenz, yang menunjukkan bahawa jika batang bismut dan antimoni berada dalam hubungan rapat, air menitis pada titik sentuhan, dan kemudian melalui persimpangan arus terus dengan arah tertentu, maka jika pada arah awal arus air bertukar menjadi ais, maka jika arah arus berubah ke arah yang bertentangan, maka ais ini akan cepat cair.

Dalam eksperimennya, Lenz dengan jelas menunjukkan bahawa haba Peltier diserap atau dilepaskan bergantung pada arah arus melalui persimpangan.

Di bawah ialah jadual pekali Peltier untuk tiga pasangan logam yang popular. Dengan cara ini, kesan yang bertentangan dengan kesan Peltier dipanggil kesan Seebeck (apabila memanaskan atau menyejukkan persimpangan litar tertutup, elektrik).

Jadi mengapa kesan Peltier berlaku? Sebabnya ialah pada titik sentuhan dua bahan terdapat perbezaan potensi sentuhan yang menghasilkan medan elektrik sentuhan di antara mereka.

Jika arus elektrik kini mengalir melalui sesentuh, medan ini sama ada akan membantu aliran arus atau menghalangnya. Oleh itu, jika arus diarahkan terhadap vektor daya medan sentuhan, maka sumber EMF yang digunakan mesti melakukan kerja, dan tenaga sumber dilepaskan pada titik sentuhan, ini akan menyebabkan ia menjadi panas.

Jika arus sumber diarahkan sepanjang medan sesentuh, maka ia, seolah-olah, disokong tambahan oleh medan elektrik dalaman ini, dan kini medan akan melakukan kerja tambahan untuk mengalihkan caj. Tenaga ini kini diambil dari bahan, yang sebenarnya menyebabkan simpang menjadi sejuk.

Jadi, kerana kita tahu bahawa pasangan semikonduktor digunakan dalam elemen Peltier, apakah proses yang digunakan dalam semikonduktor?

Ia mudah. ​​Semikonduktor ini berbeza dalam tahap tenaga elektron dalam jalur pengaliran. Apabila elektron melalui persimpangan bahan-bahan ini, elektron memperoleh tenaga supaya ia boleh bergerak ke jalur pengaliran tenaga yang lebih tinggi daripada pasangan semikonduktor yang lain.

Apabila elektron menyerap tenaga ini, titik sentuhan semikonduktor menjadi sejuk. Apabila arus mengalir dalam arah yang bertentangan, titik sentuhan semikonduktor menjadi panas, sebagai tambahan kepada haba Joule biasa. Jika logam tulen digunakan dan bukannya semikonduktor dalam sel Peltier, kesan haba akan menjadi sangat kecil sehingga pemanasan ohmik akan melebihinya.

Dalam penukar Peltier sebenar, seperti TEC1-12706, beberapa parallelepiped bagi bismut telluride dan larutan pepejal silikon dan germanium dipasang di antara dua substrat seramik, dipateri bersama dalam litar bersiri. Pasangan semikonduktor jenis n dan p ini disambungkan oleh pelompat konduktif yang bersentuhan dengan substrat seramik.

Setiap pasangan parallelepiped semikonduktor kecil membentuk sesentuh untuk menghantar arus daripada semikonduktor jenis-n ke semikonduktor jenis-p pada satu sisi penukar Peltier, dan dari semikonduktor jenis-p ke semikonduktor jenis-n di sisi lain penukar.

Apabila arus mengalir melalui semua parallelepiped bersambung siri ini, maka, di satu pihak, semua sesentuh hanya disejukkan, dan sebaliknya, semuanya dipanaskan sahaja. Jika kekutuban punca berubah, sisi akan berubah peranan.

Menurut prinsip ini, elemen Peltier berfungsi, atau, sebagaimana ia juga dipanggil, penukar termoelektrik Peltier, di mana haba diambil dari satu sisi produk dan dipindahkan ke sisi bertentangannya, manakala perbezaan suhu dicipta pada kedua-dua belah unsur tersebut.

Malah mungkin untuk menyejukkan lagi bahagian pemanasan elemen Peltier menggunakan heatsink dengan kipas, maka suhu bahagian sejuk akan menjadi lebih rendah. Dalam sel Peltier yang tersedia secara meluas, perbezaan suhu boleh mencapai kira-kira 69 °C.

Untuk memeriksa kesihatan elemen Peltier, bateri jenis jari adalah mencukupi. Wayar merah sel disambungkan ke terminal positif bekalan kuasa, wayar hitam ke negatif. Jika elemen berfungsi dengan betul, maka pemanasan akan berlaku pada satu sisi, dan penyejukan pada sisi yang lain, anda boleh merasakannya dengan jari anda. Rintangan unsur Peltier konvensional berada dalam kawasan beberapa ohm.