Echipamentele de refrigerare și unitățile de răcire sunt esențiale în viața de zi cu zi. Cu toate acestea, modelele standard pe bază de agent frigorific în vrac nu sunt adecvate pentru utilizarea mobilă, de exemplu în saci de cumpărături frigorifici. În astfel de cazuri, se utilizează dispozitive bazate pe efectul Peltier, pe care le vom discuta în detaliu în acest material.
Elementul Peltier sau răcitorul termoelectric se bazează pe un termocuplu format din două elemente cu conductivitate de tip p și n, care sunt conectate printr-o placă de comutare din cupru. Piesele sunt, în cele mai multe cazuri, fabricate din bismut, telur, antimoniu și seleniu. Astfel de dispozitive sunt utilizate în sistemele de răcire pentru aplicații casnice și au, de asemenea, tendința de a genera energie.
Cuprins
Ce este
Fenomenul și termenul Peltier se referă la o descoperire făcută în 1834 de către omul de știință francez Jean-Charles Peltier. Esența descoperirii constă în faptul că se generează sau se absoarbe în mod constant căldură în zona în care doi conductori orientați diferit sunt în contact și prin care circulă un curent electric.
Teoria clasică explică fenomenul în felul următor: electronii sunt transferați între metale prin intermediul curentului electric, accelerat sau decelerat în funcție de diferența de potențial de contact pe conductoarele metalice cu diferite niveluri de conductivitate. Astfel, elementele Peltier contribuie la transformarea energiei cinetice în energie termică.
La cel de-al doilea conductor, se produce efectul opus, unde este necesară refacerea energiei pe baza legii fundamentale a fizicii. Acest lucru se datorează procesului de oscilație termică, care face ca metalul celui de-al doilea conductor să se răcească.
Un modul Peltier cu efect termoelectric maxim poate fi fabricat cu ajutorul tehnologiei moderne.
Proiectare și principiu de funcționare
Modulele Peltier moderne sunt o structură în care sunt prezente două plăci izolatoare, cu termocuple conectate într-o succesiune strictă între ele. Pentru o mai bună înțelegere a funcției acestui element, în figură este prezentată o diagramă standard.
Denumirea elementelor:
- A - contacte cu care se face conexiunea la sursa de alimentare;
- B - partea fierbinte;
- C - partea rece;
- D - conductori din cupru;
- E - semiconductor cu joncțiune p;
- F - semiconductor de tip n.
Elementul este realizat astfel încât ambele suprafețe să fie în contact cu joncțiuni p-n sau n-p, în funcție de polaritate. Contactele p-n sunt încălzite, iar temperatura n-p este redusă. Acest lucru are ca rezultat o diferență de temperatură DT la capetele elementului. Acest efect înseamnă că energia termică care circulă între elementele modulului reglează regimul de temperatură în funcție de polaritate. De asemenea, trebuie remarcat faptul că, dacă polaritatea este inversată, suprafețele calde și reci se schimbă.
Caracteristici tehnice
Parametrii tehnici ai elementului Peltier iau următoarele valori:
- Capacitatea de răcire (Qmax) - calculată pe baza limitei de curent și a diferenței de temperatură dintre capetele modulului. Unitatea de măsură este watt;
- limita diferenței de temperatură (DTmax) - măsurată în grade, această caracteristică este dată pentru condiții optime;
- Imax - forța limită a curentului electric necesară pentru a obține o diferență de temperatură mai mare;
- Umax este tensiunea maximă Umax necesară pentru curentul electric Imax pentru a obține diferența maximă de temperatură DTmax;
- Rezistență - rezistența internă a dispozitivului, măsurată în ohmi;
- POR este factorul de eficiență sau eficiența modulului Peltier, care reflectă raportul dintre puterea de răcire și consumul de putere de răcire. În funcție de caracteristicile dispozitivului, cifra se situează între 0,3 și 0,35 pentru dispozitivele ieftine, în timp ce pentru modelele mai scumpe variază până la 0,5.
Avantajele unui element Peltier mobil sunt dimensiunile reduse, reversibilitatea procesului și capacitatea de a fi utilizat ca generator de energie sau frigider portabil.
Dezavantajele modulului sunt costurile ridicate, o eficiență scăzută de aproximativ 3%, costuri energetice ridicate și necesitatea de a menține în mod constant diferența de temperatură.
Aplicație
Chiar și luând în considerare factorul de eficiență scăzută, plăcile modulului Peltier sunt utilizate pe scară largă în dispozitive de măsurare, dispozitive de calcul, precum și în aparate de uz casnic portabile. Iată o listă de dispozitive în care modelele sunt parte integrantă:
- unități de refrigerare portabile;
- mici generatoare de energie;
- unitățile de răcire din PC-uri și laptopuri;
- răcitoare pentru încălzirea și răcirea apei potabile;
- dezumidificatoare.
Cum se conectează
Modulul Peltier poate fi conectat de unul singur și este un proces rapid și ușor. Tensiunea de curent continuu trebuie să fie aplicată la contactele de ieșire conform instrucțiunilor de funcționare ale unității. Firul roșu este conectat la plus, iar cel negru la minus. Rețineți că inversarea polarității inversează suprafețele încălzite și răcite.
Este recomandabil să verificați funcția elementului înainte de a-l conecta. Un mod simplu și fiabil de a testa unitatea este metoda tactilă: conectați unitatea la o sursă de curent electric și atingeți diferitele contacte. Într-o unitate care funcționează corect, unele dintre contacte vor fi calde, iar altele vor fi reci.
De asemenea, este posibil să se verifice cu un multimetru și o brichetă. Pentru a face acest lucru, conectați sondele la contactele unității, țineți bricheta într-o parte și observați citirea multimetrului. În cazul în care elementul Peltier funcționează în modul standard, procesul de încălzire va produce un curent electric pe o parte, iar tensiunea va fi afișată pe ecranul multimetrului.
Cum se face un element Peltier cu propriile mâini
Elementul Peltier nu este potrivit pentru construcția de locuințe din cauza costului său scăzut și a necesității unor cunoștințe de specialitate pentru a construi un element funcțional. Cu toate acestea, este posibil să construiți cu propriile mâini un generator termoelectric mobil eficient, care va fi util la casa de la țară sau într-o excursie cu cortul.
Pentru a stabiliza tensiunea electrică, va trebui să vă construiți propriul convertor standard pe circuitul integrat L6920. Trebuie aplicată o tensiune de intrare de 0,8-5,5 V, iar tensiunea de ieșire va fi de 5 V, ceea ce este suficient pentru a încărca bateria dispozitivelor mobile în modul standard. În cazul în care se utilizează un dispozitiv electronic Peltier standard, este necesară o limită de temperatură la suprafață de 150 de grade. Pentru ușurința controlului temperaturii, este recomandabil să folosiți un vas cu apă clocotită, apoi modelul nu se va încălzi peste 100 de grade.
Plăcile Peltier sunt utilizate pe scară largă pentru răcirea aparatelor de uz casnic moderne, în aparatele de aer condiționat, eficacitatea dispozitivului a fost dovedită în special pentru a stabiliza regimul termic și a răci un procesor puternic. Elementele Peltier sunt adesea folosite pentru a face frigidere mobile eficiente pentru cabane de vară sau mașini sau pentru a alimenta un radiator acasă. Datorită reversibilității procesului, elementele de casă sunt utilizate ca mici centrale electrice mobile în zonele fără sursă de energie electrică.
Articole conexe:
