2 Jun 2012 jam 11:47 malam

Unsur peltier atau laluan saya ke suhu kriogenik

• DIY atau Buat Sendiri

Ramai yang telah mendengar tentang unsur Peltier "ajaib" - apabila arus melaluinya, satu bahagian menjadi sejuk dan satu lagi menjadi panas. Ini juga berfungsi dalam sisi terbalik- jika sebelah dipanaskan dan sebelah lagi disejukkan, tenaga elektrik terhasil. Kesan Peltier telah diketahui sejak 1834, tetapi sehingga hari ini kami terus gembira dengan produk inovatif berasaskannya (anda hanya perlu ingat bahawa apabila menjana elektrik, seperti panel solar- ada satu perkara kuasa maksimum, dan jika anda bekerja jauh daripadanya, kecekapan penjanaan sangat berkurangan).

DALAM Kebelakangan ini Orang Cina telah menolak jarum dan membanjiri Internet dengan modul mereka yang agak murah, jadi percubaan dengan mereka tidak lagi mengambil terlalu banyak wang. Janji orang Cina perbezaan maksimum suhu antara bahagian panas dan sejuk ialah 60-67 darjah. Hmmm... Bagaimana jika kita mengambil 5 elemen dan menyambungkannya secara bersiri, maka kita sepatutnya mendapat 20C-67*5 = -315 darjah! Tetapi sesuatu memberitahu saya bahawa semuanya tidak begitu mudah ...

Teori ringkas

Unsur Peltier "Cina" klasik ialah 127 elemen yang disambung secara bersiri dan dipateri pada seramik " papan litar bercetak"dari Al2O3. Sehubungan itu, jika voltan operasi 12V - maka setiap elemen menyumbang hanya 94mV. Terdapat elemen dengan bilangan elemen berturut-turut yang berbeza, dan dengan itu voltan yang berbeza (contohnya, 5V).

Kita mesti ingat bahawa elemen Peltier bukan perintang, rintangannya bukan linear, jadi jika kita menggunakan 12V - kita mungkin tidak mendapat 6 ampere (untuk elemen 6 ampere) - arus mungkin berubah bergantung pada suhu (tetapi tidak terlalu banyak). Juga, pada 5V (iaitu kurang daripada nilai nominal), arus tidak akan menjadi 2.5A, tetapi kurang.

Di samping itu, jumlah haba yang dipindahkan sangat bergantung kepada perbezaan suhu antara permukaan. Dengan perbezaan 60-67C, pemindahan haba cenderung kepada 0, dan dengan perbezaan sifar - 51 Watt untuk unsur 12*6 = 72-Watt. Jelas sekali, ini tidak lagi memungkinkan untuk menyambungkan unsur-unsur dalam satu siri dengan begitu mudah - setiap satu yang berikutnya mestilah lebih kecil dalam saiz daripada yang sebelumnya, jika tidak, unsur yang paling sejuk akan cuba mengeluarkan lebih banyak haba (72 W) daripada unsur peringkat seterusnya boleh melalui sendiri pada perbezaan suhu yang dikehendaki (1 -51W).

Unsur-unsur peltier dipasang dengan pateri lebur rendah dengan takat lebur 138C - jadi jika unsur itu ditinggalkan secara tidak sengaja tanpa penyejukan dan terlalu panas, maka sudah cukup untuk menyahpateri salah satu kenalan 127 * 2 untuk membuang elemen ke tapak pelupusan. Nah, unsur-unsurnya sangat rapuh - kedua-dua seramik dan unsur penyejuk itu sendiri - Saya secara tidak sengaja mengoyakkan 2 elemen "memanjang" kerana pes haba yang telah kering dengan ketat:

Mari kita cuba

Jadi, elemen kecil ialah 5V * 2A, yang besar ialah 12 * 9A. Lebih sejuk dengan paip haba, suhu bilik. Keputusan: -19 darjah. Pelik... 20-67-67 = -114, tetapi ternyata menyedihkan -19...

Ideanya adalah untuk membawa segala-galanya ke udara sejuk, tetapi terdapat masalah - penyejuk dengan paip haba menyejuk dengan baik hanya jika suhu bahagian "panas" dan "sejuk" penyejuk berada pada sisi yang berbeza peralihan fasa gas-cecair pengisi tiub. Dalam kes kami, ini bermakna bahawa penyejuk, pada dasarnya, tidak mampu menyejukkan apa-apa di bawah +20C (kerana hanya dinding nipis paip haba berfungsi di bawah). Kita perlu kembali kepada asas - kepada sistem penyejukan semua tembaga. Dan supaya prestasi terhad penyejuk tidak menjejaskan pengukuran, kami menambah plat tembaga kilogram - penumpuk haba.

Hasilnya mengejutkan - sama -19 dengan kedua-dua satu dan dua peringkat. Suhu persekitaran - -10. Itu. dengan beban sifar kami hampir tidak membuat perbezaan 9 darjah yang sedikit.

Melancarkan artileri berat

Ternyata loji penyimpanan sejuk #7 tidak jauh dari saya, dan saya memutuskan untuk singgah dengan kotak kadbod. Dia kembali dengan 5 kilogram ais kering (suhu pemejalwapan -78C). Kami menurunkan struktur tembaga di sana - sambungkan arus - pada 12V suhu serta-merta mula meningkat, pada 5V ia turun sebanyak 1 darjah sesaat, dan kemudian naik dengan cepat. musnah semua harapan...

Kesimpulan dan video untuk pencuci mulut

Kecekapan elemen Peltier Cina konvensional menurun dengan cepat pada suhu di bawah sifar. Dan sementara masih boleh menyejukkan tin cola dengan kecekapan yang ketara, suhu di bawah -20 tidak boleh dicapai. Dan masalahnya tidak elemen tertentu- Saya mencuba unsur-unsur model yang berbeza daripada 3 penjual berbeza - tingkah laku adalah sama. Nampaknya peringkat kriogenik memerlukan unsur daripada bahan lain (dan mungkin setiap peringkat memerlukan bahan unsur yang berbeza).

Nah, dengan baki ais kering anda boleh melakukan perkara berikut:

PS. Dan jika anda mencampur ais kering dengan isopropil alkohol, anda mendapat nitrogen cecair untuk "miskin" - ia sama menyeronokkan untuk membekukan dan memecahkan bunga, dsb. Hanya kerana alkohol tidak mendidih apabila bersentuhan dengan kulit, lebih mudah untuk mengalami radang dingin.

Fenomena termo-EMF telah ditemui oleh ahli fizik Jerman Thomas Johann Seebeck pada tahun 1821. Dan fenomena ini terletak pada hakikat bahawa dalam tertutup litar elektrik, yang terdiri daripada konduktor yang berbeza yang disambungkan secara bersiri, dengan syarat sesentuhnya berada pada suhu yang berbeza, emf berlaku.

Kesan ini, dinamakan sempena penemunya sebagai kesan Seebeck, kini hanya dipanggil kesan termoelektrik.

Jika litar hanya terdiri daripada sepasang konduktor yang tidak serupa, maka litar sedemikian dipanggil. Untuk anggaran pertama, boleh dikatakan bahawa nilai termo-EMF hanya bergantung pada bahan konduktor dan pada suhu sentuhan sejuk dan panas. Oleh itu, dalam julat suhu yang kecil, termo-EMF adalah berkadar dengan perbezaan suhu antara sesentuh sejuk dan panas, dan pekali kekadaran dalam formula dipanggil pekali termo-EMF.

Sebagai contoh, dengan perbezaan suhu 100°C, pada suhu sentuhan sejuk 0°C, pasangan kuprum-malar mempunyai emf haba 4.25 mV.

Sementara itu, Kesan termoelektrik adalah berdasarkan tiga komponen:

Faktor pertama ialah perbezaan pergantungan tenaga elektron purata pada suhu untuk bahan yang berbeza. Akibatnya, jika, apabila konduktor dipanaskan, suhu pada satu hujung lebih tinggi, maka elektron di sana memperoleh kelajuan tinggi daripada elektron pada hujung sejuk konduktor.

Dengan cara ini, kepekatan elektron pengaliran dalam semikonduktor meningkat dengan pemanasan. Elektron dengan kelajuan tinggi tergesa-gesa ke hujung sejuk, dan cas negatif terkumpul di sana, dan cas positif tanpa pampasan diperoleh pada hujung panas. Ini adalah bagaimana komponen termo-EMF timbul, dipanggil EMF volumetrik.

Faktor kedua ialah untuk bahan yang berbeza perbezaan potensi sentuhan bergantung pada suhu secara berbeza. Ini disebabkan oleh perbezaan tenaga Fermi bagi setiap konduktor yang disentuh. Perbezaan potensi sentuhan yang timbul dalam kes ini ternyata berkadar dengan perbezaan tenaga Fermi.

Kesudahannya medan elektrik dalam lapisan sentuhan hampir nipis, dan beza potensi pada setiap sisi (untuk setiap konduktor yang disentuh) akan sama, dan apabila mengelilingi litar sepanjang gelung tertutup, medan elektrik yang terhasil akan menjadi sifar.

Tetapi jika suhu salah satu konduktor berbeza daripada suhu yang lain, maka disebabkan pergantungan tenaga Fermi pada suhu, perbezaan potensi juga akan berubah. Akibatnya, hubungan EMF akan timbul - komponen kedua termo-EMF.

Faktor ketiga ialah peningkatan fonon dalam emf. Dengan syarat terdapat kecerunan suhu dalam pepejal, bilangan fonon (phonon ialah kuantum gerakan getaran atom kristal) yang bergerak ke arah dari hujung panas ke hujung sejuk akan diguna pakai, akibatnya, bersama-sama dengan fonon sejumlah besar elektron akan ditarik ke arah hujung sejuk, dan cas negatif akan terkumpul di sana sehingga proses mencapai keseimbangan.

Ini memberikan komponen ketiga termo-EMF, yang pada suhu rendah boleh menjadi ratusan kali lebih besar daripada dua komponen yang disebutkan di atas.

Pada tahun 1834, ahli fizik Perancis Jean Charles Peltier menemui kesan sebaliknya. Dia mendapati bahawa apabila berlalu arus elektrik Melalui sentuhan (simpang) dua konduktor yang tidak serupa, haba dibebaskan atau diserap.

Jumlah haba yang diserap atau dibebaskan adalah berkaitan dengan jenis bahan yang dikimpal bersama, serta arah dan magnitud arus elektrik yang mengalir melalui persimpangan. Pekali Peltier dalam formula secara berangka sama dengan pekali termo-EMF yang didarab dengan suhu mutlak. Fenomena ini kini dikenali sebagai .

Intipati kesan Peltier telah difahami pada tahun 1838 oleh ahli fizik Rusia Emilius Christianovich Lenz. Dia menguji kesan Peltier secara eksperimen dengan meletakkan setitik air di persimpangan sampel antimoni dan bismut. Apabila Lenz mengalirkan arus elektrik melalui litar, air bertukar menjadi ais, tetapi apabila saintis membalikkan arah arus, ais itu cepat cair.

Para saintis menetapkan bahawa apabila arus mengalir, bukan sahaja haba Joule dibebaskan, tetapi haba tambahan juga diserap atau dilepaskan. Haba tambahan ini dipanggil "Peltier heat".

Asas fizikal kesan Peltier adalah seperti berikut. Medan sesentuh di persimpangan dua bahan, yang dicipta oleh beza keupayaan sesentuh, sama ada menghalang laluan arus yang melalui litar atau memudahkannya.

Sekiranya arus dialirkan terhadap medan, maka kerja diperlukan dari sumber, yang mesti mengeluarkan tenaga untuk mengatasi medan kenalan, akibatnya pemanasan simpang berlaku. Jika arus diarahkan sedemikian rupa sehingga medan sentuhan menyokongnya, maka kerja dilakukan oleh medan sentuhan, dan tenaga diambil dari bahan itu sendiri, dan tidak dimakan oleh sumber semasa. Akibatnya, bahan di persimpangan disejukkan.

Kesan Peltier paling ketara dalam semikonduktor, disebabkan oleh keluli modul yang mungkin Peltier atau penukar termoelektrik.

Pada intinya Unsur peltier dua semikonduktor bersentuhan antara satu sama lain. Semikonduktor ini berbeza dalam tenaga elektron dalam jalur pengaliran, oleh itu, apabila arus mengalir melalui titik sentuhan, elektron terpaksa memperoleh tenaga untuk dapat bergerak ke jalur pengaliran yang lain.

Oleh itu, apabila bergerak ke jalur pengaliran tenaga yang lebih tinggi bagi semikonduktor lain, elektron menyerap tenaga, menyejukkan tapak peralihan. Pada arah terbalik semasa, elektron melepaskan tenaga, dan pemanasan berlaku sebagai tambahan kepada haba Joule.

Modul semikonduktor Peltier terdiri daripada beberapa pasangan yang berbentuk seperti parallelepiped kecil. Biasanya, telluride bismut dan larutan pepejal silikon dan germanium digunakan sebagai semikonduktor. Parallelepiped semikonduktor disambungkan antara satu sama lain secara berpasangan oleh pelompat kuprum. Pelompat ini berfungsi sebagai kenalan untuk pertukaran haba dengan plat seramik.

Pelompat terletak supaya pada satu sisi modul hanya terdapat pelompat yang menyediakan peralihan n-p, dan di sisi lain hanya terdapat pelompat yang menyediakan simpang p-n. Akibatnya, apabila arus digunakan, satu sisi modul menjadi panas, satu lagi menyejuk, dan jika kekutuban bekalan kuasa diterbalikkan, bahagian pemanasan dan penyejukan akan bertukar tempat dengan sewajarnya. Oleh itu, apabila arus berlalu, pemindahan haba dari satu sisi modul ke yang lain, dan perbezaan suhu timbul.

Jika kini satu sisi modul Peltier dipanaskan dan satu lagi disejukkan, maka termo-EMF akan timbul dalam litar, iaitu, kesan Seebeck akan direalisasikan. Jelas sekali, kesan Seebeck (kesan termoelektrik) dan kesan Peltier adalah dua sisi syiling yang sama.

Hari ini anda boleh membeli modul Peltier dengan mudah di relatif harga mampu milik. Yang paling popular ialah modul Pertier jenis TEC1-12706, mengandungi 127 termokopel dan direka untuk kuasa 12 volt.

Dengan penggunaan maksimum 6 ampere, perbezaan suhu 60°C boleh dicapai, manakala julat suhu operasi selamat yang diisytiharkan oleh pengilang ialah dari -30°C hingga +70°C. Saiz modul 40mm x 40mm x 4mm. Modul ini boleh beroperasi sama ada dalam pemanasan-penyejukan atau .

Terdapat juga modul Peltier yang lebih berkuasa, contohnya TEC1-12715, dinilai pada 165 W. Apabila dikuasakan dari 0 hingga 15.2 volt, dengan arus dari 0 hingga 15 ampere, modul ini mampu membangunkan perbezaan suhu 70 darjah. Saiz modul juga ialah 40mm x 40mm x 4mm, tetapi julat suhu operasi yang selamat adalah lebih luas - dari -40°C hingga +90°C.

Jadual di bawah meringkaskan modul Peltier yang tersedia secara meluas di pasaran hari ini:

Andrey Povny

Unsur Peltier telah diketahui oleh dunia sejak sekian lama. Kembali pada abad ke-18, pembuat jam Perancis Jean-Charles Peltier secara tidak sengaja menemui dirinya sendiri kesan baru di sempadan dua logam: bismut dan antimoni. Ia terdiri daripada perubahan mendadak dalam suhu setitik air yang diletakkan di antara sesentuh, yang bertukar menjadi ais apabila arus digunakan. Harta ini menjadi baru untuk pembuat jam, kerana sehingga saat itu tidak ada saintis di dunia yang pernah membentangkan maklumat sedemikian dalam bahannya.

Walaupun kesannya menarik, saya tidak menemuinya permohonan praktikal pada masa itu, yang dikaitkan dengan jumlah yang kecil teknologi elektronik, yang memerlukan penyejukan intensif. Selepas 2 abad penemuan saintis itu diingati kerana terdapat keperluan mendesak untuk membuat peranti yang boleh menyediakan penyejukan berkualiti tinggi kristal mikropemproses pemanasan.

Hasil daripada banyak kajian dalam bidang ini dan sejumlah besar pengalaman praktikal Para saintis telah mendapati bahawa pasangan termoelektrik boleh menghasilkan sejuk yang cukup untuk Operasi biasa hampir mana-mana mikropemproses. Dan terima kasih kepada saiznya yang kecil, mereka telah belajar untuk mengintegrasikannya ke dalam perumah litar mikro, dengan itu menyediakan penjana sejuk dalaman mereka sendiri.

Penemuan Jean-Charles Pelte merupakan dorongan besar bagi seluruh industri untuk pengeluaran unit penyejukan mudah alih. Hari ini sifat unsur termoelektrik digunakan dalam teknik berikut:

• peti sejuk mudah alih;
• penghawa dingin kereta;
• penyejuk mudah alih;
• kamera, teleskop dan banyak lagi.

Ia digunakan secara aktif untuk menyejukkan mikropemproses dan komponen elektronik lain. Sebagai tambahan kepada kesan penyejukan langsung, ramai yang mula menggunakan elemen Peltier sebagai penjana. Contoh yang boleh jadi lampu suluh dengan 3 elemen.

Beberapa orang tahu bahawa untuk menjalankan komunikasi radio dengan arahan, tentera meletakkan periuk khas di atas api dan membancuh teh, menyediakan bubur dan barangan rumah lain, dan pada masa yang sama menjalankan penghantaran maklumat yang diperlukan melalui radio mudah alih.

Bagaimana untuk membuat elemen Peltier dengan tangan anda sendiri?

Ramai orang berminat dengan soalan, apakah elemen Peltier dengan tangan mereka sendiri, bagaimana untuk membuatnya di rumah? Ini memerlukan penambahan dos yang sangat tepat bagi pelbagai bahan dan bahan. Buat di rumah peranti serupa mustahil, kerana ia memerlukan teknologi dan kaedah pemprosesan logam yang diperlukan. Juga, terutamanya bahan tulen diperlukan di makmal yang sama, yang mustahil untuk dicapai di rumah. Oleh itu, persoalan bagaimana membuat modul termoelektrik Peltier boleh dijawab dengan jelas. tak boleh. Tetapi untuk membina sistem yang berkesan penyejukan adalah cukup kemahiran sedia ada.

Membuat elemen Peltier daripada diod

Ada pendapat tentang apa yang boleh dilakukan modul termoelektrik diod. Hakikatnya ialah setiap pasangan semikonduktor yang tidak serupa ialah dua bahan dengan kekonduksian p dan n. Dan diod hanyalah itu. Untuk mengesan perubahan dalam kekonduksian apabila dipanaskan, perlu memilih elemen tertentu. Tetapi tiada diod akan membantu untuk mendapatkan suhu rendah pada permukaan peranti. Apabila menyerahkan arus tinggi Anda hanya boleh mencapai pemanasan.

Radio amatur menggunakan diod kuasa rendah sebagai penderia suhu. bekas kaca. Apabila mereka disambungkan ke arah yang bertentangan dan dipanaskan, simpang mula membuka dan menghantar arus ke arah yang bertentangan. Tetapi ia tidak akan menjana elektrik.

Bagaimanakah elemen Pelte berfungsi?

Modul termoelektrik Peltier dalam bentuk ringkas ialah sepasang plat yang diperbuat daripada logam berbeza, yang boleh menjadi bismut, antimoni, telurium atau selenium. Di antara mereka terdapat sepasang semikonduktor jenis n dan p dengan kekonduksian yang berbeza. Semuanya dibentuk oleh logam yang berbeza pasangan termoelektrik disambung secara bersiri ke dalam satu litar. Hasilnya ialah sejenis matriks sebilangan besar termokopel individu yang terletak di antara dua plat seramik.

Modul termoelektrik yang dibentuk oleh termokopel dihasilkan dalam satu perumahan saiz kecil. Apabila mereka berurutan atau sambungan selari adalah mungkin untuk mencapai kesan penyejukan atau pengeluaran yang dipertingkatkan tenaga elektrik. Dalam mod sejuk, terminal positif matriks disambungkan kepada pasangan pertama dengan konduktor jenis-n, hubungan negatif disambungkan kepada konduktor jenis-p. Seramik khas berasaskan aluminium oksida dan nitrida digunakan sebagai lapisan luar. Ini menyediakan persembahan terbaik pemindahan haba pada kedua-dua belah pada kedua-dua suhu tinggi dan rendah.

Bilangan termokopel dalam modul tidak terhad oleh apa-apa dan boleh sehingga beberapa ratus. Lebih banyak, lebih baik kesan penyejukan dirasai. Untuk meningkatkan kecekapan elemen Peltier, radiator dengan kawasan pemindahan haba terbesar dipasang pada bahagian sejuknya. Perbezaan suhu antara plat hendaklah sekurang-kurangnya dua puluh darjah.

Apabila voltan digunakan pada plat, satu bahagian menjadi panas dan satu lagi sejuk. Apabila kekutuban voltan bekalan berubah, suhu plat bertukar tempat.

Memandangkan kerumitan dan kebolehkilangan, tidak mungkin membuat elemen termoelektrik dengan tangan anda sendiri. Tetapi masih ada tukang yang menawarkan pembangunan mereka. Kesannya diperhatikan, tetapi untuk meningkatkan kecekapan adalah mustahil untuk diperoleh tanpa makmal penyelidikan khas. Anda juga boleh mencari video mengenai topik ini dengan panduan langkah demi langkah.

Ciri-ciri elemen Peltier

Kepada ciri-ciri unsur berdasarkan pasangan dwilogam hendaklah termasuk:

Paparan formula

Kesan Peltier melibatkan pengaliran arus melalui sentuhan dua logam dengan kekonduksian yang berbeza. Akibatnya, haba atau sejuk dilepaskan, yang bergantung pada arah aliran arus.

Dalam ungkapan formula, kesan Peltier boleh digambarkan:

Q p=P12 j, dengan P12 ialah pekali Peltier. Penunjuk bergantung pada jenis logam yang digunakan dan sifat termoelektriknya.

Sebagai tambahan kepada kelebihan, peranti ini juga mempunyai beberapa kelemahan, yang termasuk:

Kecekapan rendah. Untuk mendapatkan perbezaan suhu yang ketara, adalah perlu untuk membekalkan arus yang cukup besar ke plat.

Untuk mengeluarkan tenaga haba dengan berkesan, perlu menyediakan radiator.

Mod penjana unsur Peltier

Penemuan Jacques-Charles Peltier benar-benar menjadikan dunia terbalik, kerana peranti itu boleh digunakan sebagai penjana universal haba dan sejuk. Sebagai tambahan kepada fungsi ini, satu lagi kesan penting telah diperhatikan - mod penjana. Jika bahagian panas peranti dipanaskan dan bahagian sejuk disejukkan, maka perbezaan potensi berlaku pada terminal, dan apabila litar ditutup, arus mula mengalir.

Penjana berdasarkan elemen Peltier Anda boleh melakukannya sendiri dan ia tidak memerlukan sebarang kemahiran khas. Tetapi anda harus faham bahawa bahan yang digunakan oleh pembangun China tidak mempunyai ciri-ciri ideal yang membolehkan mereka memperoleh tenaga maksimum. Modul termoelektrik yang tersedia untuk dijual adalah mencukupi untuk:

• mengecas peranti mudah alih;
• bekalan kuasa untuk lampu LED;
• mengeluarkan penerima radio autonomi dan tujuan lain.

Anda boleh menemui banyak video mengenai topik ini dari Penerangan terperinci semua peringkat. Oleh itu, jika anda ingin membuat modul termoelektrik untuk menjana tenaga, maka ini agak mungkin.

Langkah pertama ialah memesan bilangan elemen Peltier yang diperlukan, dengan mengambil kira ciri-cirinya. Peranti dengan kuasa 10 W pada e-Bay yang sama berharga $15. Dan ini akan cukup untuk mengecas telefon pintar. Seterusnya, adalah perlu untuk memastikan penyingkiran haba yang berkesan. Untuk tujuan ini, sistem boleh direka bentuk penyejukan cecair dengan peredaran semula jadi. Dan panaskan bahagian panas dengan sebarang sumber haba, termasuk api terbuka. Akibatnya mana-mana radio amatur boleh membuat sendiri penjana termoelektrik yang sangat baik, yang boleh anda bawa bersama anda semasa mendaki, memancing atau ke negara ini.

Satu sel standard menghasilkan kuasa 5 V dan 1 W, yang cukup untuk pencahayaan kecil. Contohnya, untuk membuat lampu suluh yang dipanaskan oleh haba tangan anda. Elemen siap sedia dengan voltan keluaran sehingga 12 V juga tersedia untuk dijual.

Dapur termoelektrik mudah alih dengan mod penjana

Hari ini anda boleh menemui banyak cara untuk membuat penjana termoelektrik yang agak cekap berdasarkan elemen Peltier dengan tangan anda sendiri. Sebagai salah seorang daripada mereka - dapur mudah alih dengan peti api dari lama unit komputer pemakanan. Elemen termoelektrik Peltier itu sendiri dilekatkan pada salah satu sisi bekas melalui pes haba dengan radiator bersaiz mengagumkan. Pemasangan ini akan membolehkan anda mendapatkan haba di mana-mana tempat yang mudah, memasak makanan dan mengecas telefon anda.

Termokopel (modul Peltier) beroperasi pada prinsip terbalik termokopel - rupa perbezaan suhu apabila arus elektrik mengalir.

Bagaimanakah elemen Peltier berfungsi?

Ia agak mudah untuk menggunakan modul Peltier, yang prinsipnya adalah untuk melepaskan atau menyerap haba pada saat bersentuhan bahan yang berbeza apabila aliran tenaga elektron melaluinya sebelum dan selepas sentuhan, ia berbeza. Jika kurang di alur keluar, bermakna haba terhasil di sana. Apabila elektron bersentuhan dihalang medan elektrik, mereka memindahkan tenaga kinetik ke kisi kristal, memanaskannya. Jika mereka memecut, haba diserap. Ini berlaku kerana fakta bahawa sebahagian daripada tenaga diambil daripada kekisi kristal dan ia menjadi sejuk.

Untuk sebahagian besar, fenomena ini wujud dalam semikonduktor, yang dijelaskan oleh perbezaan besar dalam caj.

Modul Peltier, aplikasi yang menjadi topik kajian kami, digunakan dalam penciptaan peranti penyejukan termoelektrik (TEC). Yang paling mudah daripada mereka terdiri daripada dua semikonduktor jenis p dan n yang disambungkan secara bersiri melalui sesentuh tembaga.

Jika elektron bergerak dari semikonduktor "p" ke "n", di persimpangan pertama dengan jambatan logam mereka bergabung semula, membebaskan tenaga. Peralihan seterusnya daripada semikonduktor "p" kepada konduktor kuprum disertai dengan "menarik" elektron melalui sentuhan oleh medan elektrik. Proses ini membawa kepada penyerapan tenaga dan penyejukan kawasan sekitar sentuhan. Proses berlaku dengan cara yang sama pada peralihan berikut.

Apabila sesentuh yang dipanaskan dan disejukkan terletak dalam satah selari yang berbeza, hasilnya akan menjadi pelaksanaan praktikal cara. Semikonduktor diperbuat daripada selenium, bismut, antimoni atau tellurium. Modul Peltier menempatkan sejumlah besar termokopel yang diletakkan di antara aluminium nitrida atau plat seramik aluminium oksida.

Faktor yang mempengaruhi kecekapan TEM

• Kekuatan semasa.
• Bilangan termokopel (sehingga beberapa ratus).
• Jenis semikonduktor.
• Kadar penyejukan.

Nilai yang lebih besar belum lagi dicapai kerana kecekapan rendah (5-8%) dan kos yang tinggi. Untuk TEM berfungsi dengan jayanya, adalah perlu untuk memastikan penyingkiran haba yang berkesan dari bahagian yang dipanaskan. Ini mewujudkan kesukaran dalam pelaksanaan praktikal cara. Jika kekutuban diterbalikkan, bahagian sejuk dan panas saling berbalikan.

Kebaikan dan keburukan modul

Keperluan untuk TEM timbul dengan kemunculan peranti elektronik yang memerlukan sistem penyejukan kecil. Kelebihan modul adalah seperti berikut:

• kekompakan;
• tiada sendi bergerak;
• modul Peltier mempunyai prinsip operasi boleh balik apabila mengubah polariti;
• kesederhanaan sambungan lata untuk peningkatan kuasa.

Kelemahan utama modul adalah kecekapan rendah. Ini menunjukkan dirinya dalam penggunaan kuasa tinggi untuk mencapai kesan penyejukan yang diperlukan. Di samping itu, ia mempunyai kos yang tinggi.

Pemakaian TEM

Modul Peltier digunakan terutamanya untuk menyejukkan litar mikro dan bahagian kecil. Permulaan telah dibuat untuk elemen penyejukan peralatan ketenteraan:

• litar mikro;
• pengesan inframerah;
• unsur laser;
• pengayun kristal.

Modul termoelektrik Peltier telah digunakan secara beransur-ansur perkakas rumah: untuk mencipta peti sejuk, penghawa dingin, penjana, termostat. Tujuan utamanya adalah untuk menyejukkan objek kecil.

Penyejukan CPU

Komponen utama komputer sentiasa diperbaiki, yang membawa kepada peningkatan dalam penjanaan haba. Bersama-sama mereka, sistem penyejukan sedang membangun menggunakan teknologi inovatif, dengan cara moden kawalan. Modul Peltier telah menemui aplikasi di kawasan ini terutamanya dalam penyejukan litar mikro dan komponen radio lain. Penyejuk tradisional tidak lagi dapat mengatasi mod overclocking paksa mikropemproses. Dan meningkatkan kekerapan pemproses memungkinkan untuk meningkatkan prestasi mereka.

Meningkatkan kelajuan kipas menghasilkan bunyi yang ketara. Ia boleh dihapuskan dengan menggunakan modul Peltier dalam sistem gabungan penyejukan. Dengan cara ini, syarikat terkemuka dengan cepat menguasai pengeluaran sistem penyejukan yang cekap, yang mula mendapat permintaan yang tinggi.

Haba biasanya dikeluarkan daripada pemproses oleh penyejuk. Aliran udara boleh disedut masuk dari luar atau datang dari dalam unit sistem. masalah utama ialah suhu udara kadangkala tidak mencukupi untuk penyingkiran haba. Oleh itu, TEM mula digunakan untuk menyejukkan aliran udara yang memasuki Unit Sistem, dengan itu meningkatkan kecekapan pemindahan haba. Oleh itu, penghawa dingin terbina dalam adalah pembantu sistem tradisional menyejukkan komputer.

Pada kedua-dua belah modul dilampirkan radiator aluminium. Dari bahagian plat sejuk, udara penyejuk dipam ke dalam pemproses. Selepas ia mengambil haba, kipas lain meniupnya melalui heatsink plat panas modul.

TEM moden dikawal oleh peranti elektronik dengan sensor suhu, di mana tahap penyejukan adalah berkadar dengan pemanasan pemproses.

Mengaktifkan penyejukan pemproses juga menimbulkan beberapa masalah.

1. Modul penyejukan Peltier ringkas direka untuk operasi berterusan. Penggunaan kuasa yang lebih rendah juga mengurangkan pelesapan haba, yang boleh menyebabkan cip menjadi terlalu sejuk dan seterusnya membekukan pemproses.
2. Jika operasi penyejuk dan peti sejuk tidak diselaraskan dengan betul, yang kedua mungkin bertukar kepada mod pemanasan dan bukannya penyejukan. Sumber haba tambahan akan menyebabkan pemproses menjadi terlalu panas.

Justeru, untuk pemproses moden Kami memerlukan teknologi penyejukan termaju dengan kawalan ke atas pengendalian modul itu sendiri. Perubahan sedemikian dalam mod pengendalian tidak berlaku dengan kad video, yang juga memerlukan penyejukan intensif. Oleh itu, TEM sesuai untuk mereka.

Peti sejuk kereta buat sendiri

Pada pertengahan abad yang lalu, industri domestik cuba menguasai pengeluaran peti sejuk bersaiz kecil berdasarkan kesan Peltier. Teknologi sedia ada ini tidak dibenarkan pada masa itu. Pada masa kini faktor pengehad adalah terutamanya harga tinggi, tetapi percubaan diteruskan, dan kejayaan telah pun dicapai.

Pengeluaran meluas peranti termoelektrik membolehkan anda membuat peti sejuk kecil dengan tangan anda sendiri, mudah digunakan di dalam kereta. Asasnya adalah "sandwic", yang dibuat seperti berikut.

1. Lapisan pes pengalir haba jenis KPT-8 digunakan pada radiator atas dan modul Peltier dilekatkan pada satu sisi permukaan seramik.
2. Begitu juga, radiator lain dipasang padanya dari bahagian bawah, bertujuan untuk penempatan di dalam ruang peti sejuk.
3. Seluruh peranti dimampatkan dengan ketat dan dikeringkan selama 4-5 jam.
4. Penyejuk dipasang pada kedua-dua radiator: bahagian atas akan mengeluarkan haba, dan yang lebih rendah akan menyamakan suhu dalam ruang peti sejuk.

Badan peti sejuk dibuat dengan gasket penebat haba di dalamnya. Adalah penting bahawa ia ditutup rapat. Anda boleh menggunakan kotak alat plastik biasa untuk ini.

Kuasa 12V dibekalkan daripada sistem kenderaan. Ia juga boleh dilakukan dari rangkaian 220 V arus ulang alik, dengan bekalan kuasa. Litar penukaran AC ke DC yang paling mudah digunakan. Ia mengandungi jambatan penerus dan kapasitor pelicin riak. Adalah penting bahawa pada output mereka tidak melebihi 5% daripada nilai nominal, jika tidak kecekapan peranti dikurangkan. Modul ini mempunyai dua output yang diperbuat daripada wayar berwarna. "tambah" sentiasa disambungkan kepada merah, dan "tolak" kepada hitam.

Kuasa TEM mesti sepadan dengan isipadu kotak. 3 digit pertama penandaan menunjukkan bilangan pasangan mikroelemen semikonduktor di dalam modul (49-127 atau lebih). diungkapkan oleh dua orang digit terakhir tanda (dari 3 hingga 15 A). Jika kuasa tidak mencukupi, anda perlu melekatkan modul lain pada radiator.

Catatan! Jika arus melebihi kuasa elemen, ia akan menjadi panas pada kedua-dua belah pihak dan cepat gagal.

Modul Peltier: penjana tenaga elektrik

TEM boleh digunakan untuk menjana elektrik. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk mencipta perbezaan suhu antara plat, dan termokopel yang terletak di antara mereka akan menghasilkan arus elektrik.

Untuk kegunaan praktikal anda memerlukan TEM dengan sekurang-kurangnya 5 V. Kemudian anda boleh menggunakannya untuk mengecas telefon bimbit. Disebabkan kecekapan rendah modul Peltier, penukar rangsangan akan diperlukan voltan DC. Untuk memasang penjana, anda memerlukan:

• 2 modul Peltier TEC1-12705 dengan saiz plat 40x40 mm;
• penukar EK-1674;
• plat aluminium 3 mm tebal;
• kuali air;
• gam tahan panas.

Dua modul diletakkan di antara plat dengan gam, dan kemudian keseluruhan struktur dipasang ke bahagian bawah kuali. Jika anda mengisinya dengan air dan meletakkannya di atas api, anda akan mendapat perbezaan suhu yang diperlukan, yang menghasilkan EMF dari urutan 1.5 V. Dengan menyambungkan modul ke penukar rangsangan, anda boleh meningkatkan voltan kepada 5 V, iaitu diperlukan untuk mengecas bateri telefon.

Lebih besar perbezaan suhu antara air dan plat dipanaskan lebih rendah, lebih cekap penjana. Oleh itu, kita mesti cuba mengurangkan pemanasan air cara yang berbeza: jadikan ia mengalir, gantikannya dengan yang segar lebih kerap, dsb. Cara berkesan untuk meningkatkan perbezaan suhu ialah sambungan lata modul apabila ia berlapis satu di atas yang lain. Meningkat dimensi keseluruhan peranti boleh diletakkan di antara plat lebih banyak elemen dan dengan itu meningkatkan kuasa keseluruhan.

Prestasi penjana akan mencukupi untuk mengecas bateri kecil, beroperasi lampu LED atau radio. Catatan! Untuk mencipta penjana haba, anda memerlukan modul yang mampu beroperasi pada 300-400 0 C! Selebihnya hanya sesuai untuk ujian percubaan.

Tidak seperti kaedah penjanaan elektrik alternatif yang lain, ia boleh berfungsi semasa memandu jika anda mencipta sesuatu seperti pemanas pemangkin.

Modul Peltier Domestik

TEM pengeluaran mereka sendiri muncul di pasaran kami tidak lama dahulu. Mereka sangat dipercayai dan mempunyai ciri-ciri yang baik. Modul Peltier, yang mendapat permintaan yang meluas, mempunyai dimensi 40x40 mm. Ia direka untuk arus maksimum 6 A dan voltan sehingga 15 V.

Modul Peltier domestik boleh dibeli dengan harga yang rendah. Pada 85 W, ia mencipta perbezaan suhu 60 0 C. Bersama-sama dengan penyejuk, ia mampu melindungi pemproses daripada terlalu panas dengan pelesapan kuasa 40 W.

Ciri-ciri modul daripada syarikat terkemuka

Peranti asing dibentangkan di pasaran dalam pelbagai jenis. Untuk melindungi pemproses daripada syarikat terkemuka, modul PAX56B Peltier digunakan sebagai peti sejuk, yang harganya, lengkap dengan kipas, ialah $35.

Dengan dimensi 30x30 mm, ia mengekalkan suhu pemproses tidak lebih tinggi daripada 63 0 C dengan output kuasa 25 W. Untuk bekalan kuasa, voltan 5 V adalah mencukupi, dan arus tidak melebihi 1.5 A.

Modul PA6EXB Peltier sangat sesuai untuk penyejukan pemproses, memberikan normal rejim suhu dengan kuasa pelesapan 40 W. Luas modulnya ialah 40x40 mm, dan penggunaan semasa adalah sehingga 8 A. Sebagai tambahan kepada dimensi yang mengagumkan - 60x60x52.5 mm (termasuk kipas) - peranti memerlukan ruang kosong. Harganya ialah $65.

Apabila modul Peltier digunakan, spesifikasi ia mesti memenuhi keperluan peranti yang disejukkan. Tidak boleh diterima bahawa mereka mempunyai terlalu banyak suhu rendah. Ini boleh menyebabkan pemeluwapan lembapan, yang boleh membahayakan elektronik.

Modul untuk pembuatan penjana, seperti, dibezakan oleh kuasa yang lebih tinggi - 72 W dan 108 W, masing-masing. Mereka dibezakan dengan tanda, yang sentiasa digunakan pada bahagian panas. Suhu maksimum yang dibenarkan bagi bahagian panas ialah 150-160 0 C. Semakin besar perbezaan suhu antara plat, semakin tinggi voltan keluaran. Peranti beroperasi pada perbezaan suhu maksimum 600 0 C.

Anda boleh membeli modul Peltier dengan murah - kira-kira $10 atau kurang sekeping, jika anda melihat cukup keras. Selalunya, penjual menaikkan harga mereka dengan ketara, tetapi anda boleh menemuinya beberapa kali lebih murah jika anda membelinya secara jualan.

Kesimpulan

Kesan Peltier kini telah menemui aplikasi dalam penciptaan peti sejuk kecil yang diperlukan Teknologi moden. Kebolehbalikan proses itu memungkinkan untuk menghasilkan stesen kuasa mikro yang dalam permintaan untuk mengecas bateri peranti elektronik.

Tidak seperti kaedah penjanaan kuasa alternatif yang lain, ia boleh beroperasi semasa memandu jika pemanas pemangkin dipasang.

Anda boleh memanaskan sebarang objek. Ini boleh jadi seterika pematerian, cerek elektrik, seterika, pengering rambut, pelbagai jenis pemanas, dsb. Tetapi pernahkah anda mendengar bahawa anda boleh menggunakan arus elektrik untuk menyejukkan sesuatu? "Nah, bagaimana pula, sebagai contoh, peti sejuk isi rumah," anda berkata. Dan anda akan salah. Dalam peti sejuk isi rumah, arus elektrik hanya dikenakan fungsi bantu: memacu freon dalam bulatan.

Tetapi adakah terdapat unsur radio yang, apabila arus elektrik dikenakan padanya, terhasil sejuk? Ternyata mereka wujud ;-). Pada tahun 1834, ahli fizik Perancis Jean Peltier menemui penyerapan haba apabila arus elektrik melalui sentuhan dua konduktor yang berbeza. Atau, dengan kata lain, di tempat ini diperhatikan suhu rendah . Nah, seperti yang sepatutnya dalam fizik, supaya tidak menghasilkan nama baru untuk kesan ini, ia dinamakan sempena orang yang menemuinya. Menemui sesuatu yang baharu? Bertanggungjawab ke atas pasaran)). Sejak itu kesan ini telah dipanggil Kesan peltier.

Nah, anehnya, unsur yang menghasilkan kesejukan dipanggil Unsur peltier- Ini penukar termoelektrik, prinsip operasinya adalah berdasarkan kesan Peltier - berlakunya perbezaan suhu apabila arus elektrik mengalir. Dalam kesusasteraan bahasa Inggeris, elemen Peltier ditetapkan TEC(dari bahasa Inggeris T hermo E lectric C ooler - penyejuk termoelektrik).

Elemen peltier (latihan)

Ia mungkin kelihatan berbeza, tetapi jenis utamanya ialah platform segi empat tepat atau persegi dengan dua terminal. Tandakan dengan serta-merta bahagian "A" dan bahagian "B" untuk percubaan selanjutnya

Mengapa saya menandakan sisi?

Adakah anda fikir jika kita hanya menggunakan voltan secara bodoh pada elemen ini, ia akan disejukkan sepenuhnya? Saya tidak mahu mengecewakan anda, tetapi ini tidak begitu... Sekali lagi, baca dengan teliti definisi tentang elemen Peltier. Adakah anda melihat frasa "perbezaan suhu" di sana? Itu sahaja. Ini bermakna bahawa beberapa bahagian akan dipanaskan, dan sebahagian lagi akan disejukkan. Tidak ada yang ideal di dunia kita.

Untuk menentukan suhu setiap sisi unsur Peltier, saya akan menggunakan yang disertakan dengan termokopel

Sekarang ia menunjukkan suhu bilik. Ya, saya hangat ;-).

Untuk menentukan bahagian mana elemen Peltier dipanaskan dan yang disejukkan, untuk ini kami menyambungkan terminal merah ke tambah, yang hitam ke tolak dan menggunakan sedikit voltan, dua atau tiga volt. Saya dapati bahagian "A" saya menyejuk dan bahagian "B" dipanaskan dengan merabanya dengan tangan saya. Jika anda membalikkan polariti, tiada perkara buruk akan berlaku. Cuma bahagian A akan menjadi panas dan bahagian B akan menjadi sejuk, iaitu, mereka akan bertukar peranan.

Jadi, voltan nominal (normal) untuk pengendalian elemen Peltier ialah 12 Volt. Memandangkan saya menyambungkannya kepada merah - tambah, dan hitam - tolak, bahagian B saya semakin panas. Jom ambil suhu badan dia. Sapukan voltan 12 volt dan lihat bacaan multimeter:

77 darjah Celsius bukan main-main. Bahagian ini sangat panas sehingga apabila anda menyentuhnya, ia melecur jari anda.

sebab tu ciri utama menggunakan elemen Peltier dalam mereka peranti elektronik ialah radiator besar. Adalah dinasihatkan bahawa radiator ditiup oleh kipas. Buat masa ini, saya mengambil radiator dari penguat, yang diberikan untuk pembaikan. Saya menggunakan pes haba KPT-8 dan memasang elemen Peltier pada radiator.

Guna 12 Volt dan ukur suhu sisi A:

7 darjah Celsius). Apabila anda menyentuhnya, jari anda membeku.

Tetapi terdapat juga kesan sebaliknya, di mana elektrik boleh dijana menggunakan elemen Peltier jika satu bahagian disejukkan dan satu lagi dipanaskan. Contoh yang sangat menggambarkan ialah lampu suluh yang dikuasakan oleh haba tangan

Kuasa unsur Peltier

Unsur Peltier itu sendiri dianggap sangat memakan tenaga. Kawalan suhu sisinya dicapai dengan voltan. Semakin tinggi voltan, semakin banyak arus yang digunakan. Dan semakin banyak arus yang digunakan, semakin cepat suhu meningkat. Oleh itu, anda boleh mengawal kesejukan dengan hanya menukar nilai voltan).

Berikut ialah beberapa nilai untuk penggunaan arus elektrik bagi elemen Peltier:

Pada voltan 1 Volt, ia menggunakan 0.3 Ampere. Boleh tahan)

Saya meningkatkan voltan kepada 3 Volt

Ia sudah makan hampir 1 Ampere.

Saya meningkatkannya kepada 5 Volt

Lebih sedikit daripada satu setengah ampere.

Saya memberikan 12 Volt, iaitu voltan operasinya:

Ia sudah melukis hampir 4 Amps! Rompakan).

Mari kita kira secara kasar kuasanya. 4x12=48 Watt. Itu lebih banyak daripada mentol lampu 40 watt yang anda gantung di dalam almari anda). Sekiranya unsur Peltier sangat rakus, adakah dinasihatkan untuk membuat peti sejuk dan peti sejuk isi rumah daripadanya? Sudah tentu tidak! Peti sejuk sedemikian akan menggunakan tidak kurang daripada 10 kilowatt! Tetapi ada satu tambahan kecil - ia akan benar-benar senyap :-). Tetapi jika tidak ada kemungkinan, maka peti sejuk juga dibuat daripada unsur Peltier. Ini pada dasarnya adalah peti sejuk mini untuk kereta. Selain itu, sesetengah orang menggunakan elemen Peltier untuk menyejukkan pemproses pada PC. Ia ternyata sangat cekap, tetapi dari segi kos tenaga masih lebih baik untuk memasang kipas lama yang baik.

Mana boleh beli

Di Ali, anda juga boleh menemui penghawa dingin mini yang diperbuat daripada elemen Peltier di sini: ini pautan.

Pada Ali anda boleh memilih elemen Peltier ini seberapa banyak yang anda suka!