Elemento Peltier - como funciona e como verificar e conectar

O princípio de operação do elemento Peltier é baseado em sobre o efeito Peltier, que consiste no fato de que, quando uma corrente elétrica direta passa por uma junção de dois condutores diferentes, a energia é transferida de um condutor de transição para outro, enquanto o calor é liberado ou absorvido na junção.

A quantidade de calor liberada ou absorvida durante este processo será proporcional à corrente, ao tempo de seu fluxo, bem como ao coeficiente Peltier característico de um determinado par de fios soldados. O coeficiente de Peltier, por sua vez, é igual ao coeficiente termoelétrico do par multiplicado pela temperatura absoluta da junção no momento atual.

E como o efeito Peltier é o mais expressivo em semicondutores, essa propriedade é usada em elementos Peltier semicondutores populares e acessíveis. De um lado do elemento Peltier, o calor é absorvido, do outro é liberado. A seguir, veremos mais de perto esse fenômeno.

O efeito físico direto de Peltier foi descoberto em 1834.pelo físico francês Jean Peltier, e quatro anos depois a essência desse fenômeno foi investigada pelo físico russo Emilius Lenz, que mostrou que se bastões de bismuto e antimônio estivessem em contato próximo, a água pingava no ponto de contato e depois através a junção corrente contínua com uma certa direção, então se na direção inicial da corrente a água se transformar em gelo, então se a direção da corrente mudar para o oposto, então esse gelo derreterá rapidamente.

Em seu experimento, Lenz demonstrou claramente que o calor de Peltier é absorvido ou liberado dependendo da direção da corrente através da junção.

Abaixo está uma tabela de coeficientes de Peltier para três pares de metais populares. A propósito, o efeito oposto ao efeito Peltier é chamado de efeito Seebeck (ao aquecer ou resfriar as junções de um circuito fechado, eletricidade).

Então, por que o efeito Peltier ocorre? A razão é que no ponto de contato de duas substâncias existe uma diferença de potencial de contato que gera um campo elétrico de contato entre elas.

Se uma corrente elétrica estiver fluindo através do contato, esse campo ajudará ou impedirá o fluxo de corrente. Portanto, se a corrente for direcionada contra o vetor de força do campo de contato, a fonte do EMF aplicado deve fazer o trabalho e a energia da fonte é liberada no ponto de contato, isso fará com que ela aqueça.

Se a corrente da fonte for direcionada ao longo do campo de contato, ela é, por assim dizer, adicionalmente suportada por esse campo elétrico interno, e agora o campo fará um trabalho adicional para mover as cargas. Essa energia agora é retirada da substância, o que na verdade faz com que a junção esfrie.

Então, como sabemos que pares de semicondutores são usados ​​em elementos Peltier, qual processo é usado em semicondutores?

É simples: esses semicondutores diferem nos níveis de energia dos elétrons na banda de condução. Quando um elétron passa pela junção desses materiais, o elétron ganha energia para que possa se mover para uma banda de condução de energia mais alta de outro par de semicondutores.

Quando o elétron absorve essa energia, o ponto de contato do semicondutor esfria.Quando a corrente flui na direção oposta, o ponto de contato do semicondutor se aquece, além do calor Joule usual. Se metais puros fossem usados ​​em vez de semicondutores nas células Peltier, o efeito térmico seria tão pequeno que o aquecimento ôhmico o excederia em muito.

Em um verdadeiro conversor Peltier, como o TEC1-12706, vários paralelepípedos de telureto de bismuto e solução sólida de silício e germânio são montados entre dois substratos cerâmicos, soldados juntos em um circuito em série. Esses pares de semicondutores tipo n e p são conectados por jumpers condutores que estão em contato com os substratos cerâmicos.

Cada par de pequenos paralelepípedos semicondutores forma um contato para passar a corrente de um semicondutor tipo n para um semicondutor tipo p em um lado do conversor Peltier e de um semicondutor tipo p para um semicondutor tipo n no outro lado do conversor Peltier. o conversor.

Quando a corrente flui através de todos esses paralelepípedos conectados em série, então, por um lado, todos os contatos são apenas resfriados e, por outro lado, todos são apenas aquecidos. Se a polaridade da fonte mudar, os lados mudarão seus papéis.

De acordo com esse princípio, funciona o elemento Peltier, ou, como também é chamado, o conversor termoelétrico Peltier, onde o calor é retirado de um lado do produto e transferido para o lado oposto, enquanto uma diferença de temperatura é criada nos dois lados do o elemento.

É ainda possível resfriar ainda mais o lado de aquecimento do elemento Peltier usando um dissipador de calor com ventilador, então a temperatura do lado frio será ainda menor. Em células Peltier amplamente disponíveis, a diferença de temperatura pode atingir cerca de 69 °C.

Para verificar a saúde do elemento Peltier, uma bateria tipo dedo é suficiente. O fio vermelho da célula está conectado ao terminal positivo da fonte de alimentação, o fio preto ao negativo. Se o elemento estiver funcionando corretamente, o aquecimento acontecerá de um lado e o resfriamento do outro, você pode sentir com seus dedos. A resistência de um elemento Peltier convencional está na faixa de alguns ohms.