Елемент Пелтие — как работи и как да проверите и свържете

Принципът на действие на елемента Пелтие се основава на върху ефекта на Пелтие, който се състои в това, че когато постоянен електрически ток преминава през кръстовище на два различни проводника, енергията се прехвърля от един преходен проводник към друг, докато топлината се освобождава или абсорбира в кръстовището.

Количеството топлина, освободено или погълнато по време на този процес, ще бъде пропорционално на тока, времето на неговия поток, както и на коефициента на Пелтие, характерен за дадена двойка запоени проводници. Коефициентът на Пелтие от своя страна е равен на коефициента на термоедс на двойката, умножен по абсолютната температура на кръстовището в текущия момент.

И тъй като ефектът на Пелтие е най -изразителен в полупроводници, тогава това свойство се използва в популярни и достъпни полупроводникови елементи Пелтие. От едната страна на елемента Пелтие топлината се абсорбира, от другата се освобождава. След това ще разгледаме по -отблизо този феномен.

Прякото физическо въздействие на Пелтие е открито през 1834 г. от френския физик Жан Пелтие, а четири години по -късно същността на това явление е изследвана от руския физик Емилий Ленц, който показва, че ако пръчките от бисмут и антимон са в близък контакт, вода капе на мястото на контакт, а след това през кръстовището постоянен ток с определена посока, след това ако в началната посока на тока водата се превръща в лед, тогава ако посоката на тока се промени на обратното, тогава този лед бързо ще се стопи.

В своя експеримент Ленц ясно демонстрира, че топлината на Пелтие се абсорбира или отделя в зависимост от посоката на тока през кръстовището.

По -долу е дадена таблица с коефициенти на Пелтие за три популярни метални двойки. Между другото, ефектът, противоположен на ефекта на Пелтие, се нарича ефект на Зеебек (когато при нагряване или охлаждане на кръстовищата на затворен кръг, електричество).

И така, защо възниква ефектът на Пелтие? Причината е, че на мястото на контакт на две вещества има контактна потенциална разлика, която генерира контактно електрическо поле между тях.

Ако сега през контакта преминава електрически ток, това поле или ще помогне за преминаването на тока, или ще го предотврати. Следователно, ако токът е насочен срещу вектора на силата на контактното поле, тогава източникът на приложената ЕМП трябва да свърши работата, а енергията на източника се освобождава в точката на контакт, това ще доведе до нагряването му.

Ако токът на източника е насочен по контактното поле, тогава той, като че ли, допълнително се поддържа от това вътрешно електрическо поле и сега полето ще свърши допълнителна работа за преместване на зарядите. Тази енергия сега се отнема от веществото, което всъщност води до охлаждане на кръстовището.

И така, тъй като знаем, че полупроводниковите двойки се използват в елементите на Пелтие, какъв процес се прилага в полупроводниците?

Просто е.Тези полупроводници се различават по енергийните нива на електроните в зоната на проводимост. Когато електрон преминава през мястото на контакт на тези материали, електронът придобива енергия, за да може да премине към по-висока енергийна зона на проводимост на друга полупроводникова двойка.

Когато електронът абсорбира тази енергия, контактната точка на полупроводника се охлажда.Когато токът тече в обратна посока, контактната точка на полупроводника се нагрява, в допълнение към обичайната топлина на Джоул. Ако се използват чисти метали вместо полупроводници в клетките на Пелтие, топлинният ефект би бил толкова малък, че омичното нагряване би го превишило значително.

В истински преобразувател на Пелтие, като например TEC1-12706, между две керамични основи са монтирани няколко паралелепипеда от бисмутов телурид и твърд разтвор на силиций и германий, споени заедно в последователна верига. Тези двойки полупроводници от n- и p-тип са свързани чрез проводими джъмпери, които са в контакт с керамичните основи.

Всяка двойка малки полупроводникови паралелепипеди образува контакт за преминаване на ток от полупроводник от тип n към полупроводник тип p от едната страна на преобразувателя на Пелтие, и от полупроводник от тип p към полупроводник от тип n от другата страна на конвертора.

Когато токът преминава през всички тези последователно свързани паралелепипеди, тогава, от една страна, всички контакти се охлаждат само, а от друга, всички се нагряват само.Ако полярността на източника се промени, страните ще сменят ролите си.

Съгласно този принцип работи елементът на Пелтие или, както се нарича още, термоелектрическият преобразувател на Пелтие, където топлината се взема от едната страна на продукта и се прехвърля на противоположната му страна, докато се създава температурна разлика от двете страни на елемента.

Дори е възможно допълнително да се охлади отоплителната страна на елемента Пелтие с помощта на радиатор с вентилатор, тогава температурата на студената страна ще бъде още по -ниска. В широко достъпните елементи на Пелтие температурната разлика може да достигне около 69 ° C.

За да се провери здравето на елемента Пелтие, е достатъчна батерия тип пръст. Червеният проводник на клетката е свързан към положителния извод на захранването, черният проводник към отрицателния.Ако елементът работи правилно, тогава нагряването ще се случи от една страна, а охлаждането от друга, можете да го почувствате с пръсти. Съпротивлението на конвенционален елемент на Пелтие е в района на няколко ома.