Elemen Peltier - cara kerjanya dan cara memeriksa dan menghubungkan

Prinsip pengoperasian elemen Peltier didasarkan pada pada efek Peltier, yang terdiri dari fakta bahwa ketika arus listrik searah melewati persimpangan dua konduktor yang berbeda, energi ditransfer dari satu konduktor transisi ke konduktor lainnya, sementara panas dilepaskan atau diserap di persimpangan.

Jumlah panas yang dilepaskan atau diserap selama proses ini akan sebanding dengan arus, waktu alirannya, serta karakteristik koefisien Peltier dari sepasang kabel solder tertentu. Koefisien Peltier, pada gilirannya, sama dengan koefisien termoelektrik dari pasangan dikalikan dengan suhu absolut sambungan pada saat ini.

Dan karena efek Peltier adalah yang paling ekspresif dalam semikonduktor, maka properti ini digunakan dalam elemen Peltier semikonduktor yang populer dan terjangkau. Di satu sisi elemen Peltier panas diserap, di sisi lain dilepaskan. Selanjutnya, kita akan melihat lebih dekat fenomena ini.

Efek fisik langsung dari Peltier ditemukan pada tahun 1834.oleh fisikawan Prancis Jean Peltier, dan empat tahun kemudian inti dari fenomena ini diselidiki oleh fisikawan Rusia Emilius Lenz, yang menunjukkan bahwa jika batang bismut dan antimon bersentuhan erat, air akan menetes pada titik kontak, dan kemudian melalui persambungan arus searah dengan arah tertentu, kemudian jika pada arah awal arus air berubah menjadi es, kemudian jika arah arus berubah ke arah sebaliknya, maka es ini akan cepat mencair.

Dalam eksperimennya, Lenz dengan jelas mendemonstrasikan bahwa panas Peltier diserap atau dilepaskan bergantung pada arah arus yang melalui sambungan.

Di bawah ini adalah tabel koefisien Peltier untuk tiga pasangan logam populer. Omong-omong, efek yang berlawanan dengan efek Peltier disebut efek Seebeck (saat memanaskan atau mendinginkan sambungan sirkuit tertutup, listrik).

Lantas mengapa efek Peltier bisa terjadi? Pasalnya, pada titik kontak dua zat terdapat beda potensial kontak yang menimbulkan medan listrik kontak di antara keduanya.

Jika arus listrik sekarang mengalir melalui kontak, medan ini akan membantu aliran arus atau mencegahnya. Oleh karena itu, jika arus diarahkan ke vektor gaya medan kontak, maka sumber EMF yang diterapkan harus melakukan pekerjaan, dan energi sumber dilepaskan pada titik kontak, hal ini akan menyebabkannya memanas.

Jika arus sumber diarahkan sepanjang bidang kontak, maka seolah-olah didukung oleh medan listrik internal ini, dan sekarang medan akan melakukan pekerjaan tambahan untuk memindahkan muatan. Energi ini sekarang diambil dari substansi, yang sebenarnya menyebabkan sambungan menjadi dingin.

Jadi, karena kita tahu pasangan semikonduktor digunakan dalam elemen Peltier, proses apa yang digunakan dalam semikonduktor?

Sederhana saja, semikonduktor ini berbeda dalam tingkat energi elektron pada pita konduksi. Ketika sebuah elektron melewati persimpangan bahan-bahan ini, elektron memperoleh energi sehingga dapat berpindah ke pita konduksi energi yang lebih tinggi dari pasangan semikonduktor lainnya.

Ketika elektron menyerap energi ini, titik kontak semikonduktor mendingin.Ketika arus mengalir ke arah yang berlawanan, titik kontak semikonduktor memanas, selain panas Joule biasa. Jika logam murni digunakan sebagai pengganti semikonduktor dalam sel Peltier, efek termalnya akan sangat kecil sehingga pemanasan ohmik akan jauh melampauinya.

Dalam konverter Peltier sejati, seperti TEC1-12706, beberapa paralelepiped dari bismuth telluride dan silikon larutan padat dan germanium dipasang di antara dua substrat keramik, disolder bersama dalam rangkaian seri. Pasangan semikonduktor tipe-n dan p ini dihubungkan oleh jumper konduktif yang bersentuhan dengan substrat keramik.

Setiap pasangan paralelepiped semikonduktor kecil membentuk kontak untuk melewatkan arus dari semikonduktor tipe-n ke semikonduktor tipe-p di satu sisi konverter Peltier, dan dari semikonduktor tipe-p ke semikonduktor tipe-n di sisi lain. konverter.

Ketika arus mengalir melalui semua pipa paralel yang terhubung seri ini, maka, di satu sisi, semua kontak hanya didinginkan, dan di sisi lain, semuanya hanya dipanaskan.Jika polaritas sumber berubah, sisi-sisinya akan berubah peran.

Menurut prinsip ini, elemen Peltier bekerja, atau disebut juga, konverter termoelektrik Peltier, di mana panas diambil dari satu sisi produk dan dipindahkan ke sisi yang berlawanan, sementara perbedaan suhu dibuat di kedua sisi produk. elemen.

Bahkan dimungkinkan untuk lebih mendinginkan sisi pemanas elemen Peltier menggunakan heatsink dengan kipas angin, maka suhu sisi dinginnya akan lebih rendah lagi. Dalam sel Peltier yang tersedia secara luas, perbedaan suhu dapat mencapai sekitar 69 °C.

Untuk memeriksa kesehatan elemen Peltier, baterai tipe jari sudah cukup. Kabel merah sel terhubung ke terminal positif catu daya, kabel hitam ke negatif.Jika elemen bekerja dengan benar, maka pemanasan akan terjadi di satu sisi, dan pendinginan di sisi lain, Anda dapat merasakannya dengan jari-jarimu. Resistansi elemen Peltier konvensional berada di wilayah beberapa ohm.