Kategorijas: Piedāvātie raksti » Interesanti fakti
Skatījumu skaits: 15868
Komentāri par rakstu: 0

Peltier termoelektriskais modulis - ierīce, darbības princips, raksturlielumi

 

Termo-EMF rašanās fenomenu 1821. gadā atklāja vācu fiziķis Tomass Johans Seebeks. Un šī parādība sastāv no tā, ka slēgtā elektriskajā ķēdē, kas sastāv no virknē savienotiem neviendabīgiem vadītājiem, ar nosacījumu, ka to kontakti ir dažādās temperatūrās, rodas EML.

Šis efekts, kas nosaukts pēc tā atklājēja - Seebeka efekta, tagad tiek vienkārši saukts termoelektriskais efekts.

Seebeka efekts

Ja ķēde sastāv tikai no atšķirīgiem vadītājiem, tad tiek saukta šāda ķēde termoelements. Pirmajā tuvinājumā var apgalvot, ka termo-emf lielums ir atkarīgs tikai no vadītāju materiāla un no auksto un karsto kontaktu temperatūras. Tādējādi nelielā temperatūras diapazonā termo-EML ir proporcionāls temperatūras starpībai starp aukstajiem un karstajiem kontaktiem, un proporcionalitātes koeficientu formulā sauc par termo-EMF koeficientu.

Tā, piemēram, temperatūras starpībā 100 ° C un aukstā kontakta temperatūrā 0 ° C vara-konstanta pāra termo-EML vērtība ir 4,25 mV.

Tikmēr Termoelektriskā efekta pamatā ir trīs sastāvdaļas:


Pirmais faktors ir dažādu vielu atšķirība vidējās elektronu enerģijas atkarībā no temperatūras. Rezultātā, ja diriģenta temperatūra vienā galā ir augstāka, tad elektroni tur iegūst lielāku ātrumu nekā elektroni diriģenta aukstajā galā.

Starp citu, vadīšanas elektronu koncentrācija palielinās arī pusvadītājos ar sildīšanu. Elektroni lielā ātrumā steidzas uz auksto galu, un tur uzkrājas negatīvs lādiņš, un karstā galā tiek iegūts nekompensēts pozitīvs lādiņš. Tātad ir termo-EML sastāvdaļa, ko sauc par tilpuma EMF.


Otrs faktors ir tas, ka dažādām vielām kontakta potenciāla starpība ir atšķirīgi atkarīga no temperatūras. Tas ir saistīts ar katra kontakta rezultātā iegūtā vada Fermi enerģijas atšķirībām. Kontakta potenciāla starpība, kas rodas šajā gadījumā, ir proporcionāla Fermi enerģijas starpībai.

Elektriskais lauks tiek iegūts plānā kontakta slānī, un potenciāla starpība katrā pusē (katram no kontaktiem, kas nonāk kontaktā) būs vienāda, un, kad ķēde tiek apļveida slēgtā ķēdē, iegūtais elektriskais lauks būs nulle.

Bet, ja viena no vadītājiem temperatūra atšķiras no otra, tad Fermi enerģijas atkarības no temperatūras dēļ mainīsies arī potenciālā starpība. Rezultātā būs kontakta EMF - otrais termo-EMF komponents.


Trešais faktors ir EML fonona pieaugums. Ja cietā stāvoklī ir temperatūras gradients, noteiks fononu (fonons - kristāla atomu vibrāciju kustības kvantu) skaits, kas pārvietojas virzienā no karstā gala uz aukstu, kā rezultātā liels skaits elektronu tiks aizvests aukstā gala virzienā. , un negatīvs lādiņš tajā uzkrājas, līdz process nonāk līdzsvarā.

Tas dod termo-EML trešo komponentu, kas zemā temperatūrā var būt simtiem reižu augstāks nekā divi iepriekš minētie komponenti.

Žans Čārlzs Peltjē

1834. gadā franču fiziķis Žans Čārlzs Peljērs atklāja pretēju efektu. Viņš atklāja, ka tad, kad elektriskā strāva šķērso divu atšķirīgu vadītāju krustojumu, siltums tiek atbrīvots vai absorbēts.

Absorbētā vai izdalītā siltuma daudzums ir saistīts ar pielodēto vielu veidu, kā arī ar elektriskās strāvas virzienu un lielumu, kas plūst caur krustojumu.Peltjē koeficients formulā ir skaitliski vienāds ar termo-EML koeficientu, kas reizināts ar absolūto temperatūru. Šī parādība tagad ir pazīstama kā peltier efekts.

1838. gadā krievu fiziķis Emīlijs Khristianovičs Lencs saprata Peltjē efekta būtību. Viņš eksperimentāli pārbaudīja Peltjē efektu, ievietojot ūdens pilienu antimona un bismuta paraugu krustojumā. Kad Lencs caur ķēdi izturēja elektrisko strāvu, ūdens pārvērtās ledus, bet, kad zinātnieks mainīja strāvas virzienu, ledus ātri izkusa.

Zinātnieks izveidoja tādā veidā, ka, straumei plūstot, ne tikai izdalījās džoula siltums, bet arī notika papildu siltuma absorbcija vai izdalīšanās. Šo papildu siltumu sauca par Peltiera siltumu.

Peltjē efekta fiziskā bāze

Peltjē efekta fiziskā bāze ir šāda. Kontakta lauks divu vielu krustojumā, ko rada kontakta potenciāla starpība, vai nu novērš strāvas pāreju caur ķēdi, vai arī veicina to.

Ja strāva tiek nodota pret lauku, tad ir nepieciešams avota darbs, kuram vajadzētu tērēt enerģiju kontakta lauka pārvarēšanai, kā rezultātā krustojums tiek sildīts. Ja strāva tiek novirzīta tā, lai kontakta lauks to atbalstītu, tad kontakta lauks veic darbu, un enerģija tiek atņemta pašai vielai, nevis patērēta strāvas avotā. Rezultātā viela krustojumā tiek atdzesēta.

Izteiksmīgākais Peltiera efekts pusvadītājos, pateicoties kuriem Peltiera moduļi vai termoelektriskie pārveidotāji.

Peltier termoelektriskais modulis - ierīce

Sirds centrā Peltier elements divi pusvadītāji, kas atrodas saskarē ar otru. Šie pusvadītāji izceļas ar elektronu enerģiju vadīšanas joslā, tāpēc, kad caur kontakta punktu plūst strāva, elektroni ir spiesti iegūt enerģiju, lai varētu pāriet citā vadītspējas joslā.

Tātad, pārejot uz cita pusvadītāja augstākas enerģijas vadīšanas joslu, elektroni absorbē enerģiju, atdzesējot pārejas vietu. Pretējā strāvas virzienā elektroni izdala enerģiju, un papildus Joule siltumam notiek sildīšana.

Peltiera elements

Peltier pusvadītāju modulis sastāv no vairākiem pāriem pusvadītāji p un n veidaformas kā mazi paralēlskaldņi. Parasti par pusvadītājiem izmanto bismuta telurīdu un cietu silīcija un germija šķīdumu. Pusvadītāju paralēlpadi ir savstarpēji savienoti ar vara džemperiem. Šie džemperi kalpo kā kontakti siltuma apmaiņai ar keramikas plāksnēm.


Džemperi ir izvietoti tā, lai vienā moduļa pusē būtu tikai džemperi, kas nodrošina n-p pāreju, un, no otras puses, tikai džemperi, kas nodrošina p-n pāreju. Tā rezultātā, pieliekot strāvu, moduļa viena puse sasilst, otra puse atdziest, un, ja strāvas polaritāte tiek mainīta, apkures un dzesēšanas puses attiecīgi mainīsies. Tādējādi ar strāvas pāreju siltums tiek pārnests no vienas moduļa puses uz otru un rodas temperatūras starpība.

Peltiera elementa darbības princips

Ja tagad viena Peltiera moduļa puse tiek uzkarsēta, bet otra - atdzesēta, tad shēmā parādīsies termo-emf, tas ir, tiks realizēts Seebeka efekts. Acīmredzot Seebeka efekts (termoelektriskais efekts) un Peltjē efekts ir vienas monētas divas puses.

Šodien jūs varat viegli iegādāties Peltier moduļus par salīdzinoši pieņemamu cenu. Populārākie Perrier moduļi ir TEC1-12706 tipa, satur 127 termopārus un ir paredzēti 12 voltu padevei.

Maksimāli patērējot 6 ampērus, ir iespējama temperatūras starpība 60 ° C, savukārt ražotāja apgalvotais drošais darbības diapazons ir no -30 ° C līdz + 70 ° C. Moduļa izmērs ir 40mm x 40mm x 4mm. Modulis var darboties gan sildīšanas, gan dzesēšanas režīmā paaudzes režīms.

TEC1-12715 modulis

Ir jaudīgāki Peltier moduļi, piemēram, TEC1-12715, kuru jauda ir 165 vati. Ja moduli darbina ar spriegumu no 0 līdz 15,2 voltiem ar strāvas stiprumu no 0 līdz 15 ampēriem, šis modulis spēj radīt temperatūras starpību 70 grādus.Moduļa izmēri ir arī 40 mm x 40 mm x 4 mm, tomēr drošu darba temperatūru diapazons ir plašāks - no -40 ° C līdz + 90 ° C.

Zemāk esošajā tabulā parādīti dati par Peltier moduļiem, kas šodien ir plaši pieejami tirgū:

Dati par pelt moduļiem

Skatīt arī vietnē electrohomepro.com:

  • Kas ir termopārs un kā tas darbojas?
  • Populāro Peltier moduļu šķirnes
  • Peltjē efekts: elektriskās strāvas maģiskais efekts
  • Termoelektriskais efekts un dzesēšana, Peltiera efekts
  • Efektīvi pārveidojiet siltumu elektrībā, izmantojot siltuma ģeneratorus ...

  •