องค์ประกอบ Peltier - วิธีการทำงานและวิธีตรวจสอบและเชื่อมต่อ

หลักการทำงานขององค์ประกอบ Peltier ขึ้นอยู่กับ บนเอฟเฟกต์ Peltierซึ่งประกอบด้วยความจริงที่ว่าเมื่อกระแสไฟฟ้าตรงผ่านทางแยกของตัวนำที่แตกต่างกันสองตัว พลังงานจะถูกถ่ายโอนจากตัวนำการเปลี่ยนแปลงหนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ในขณะที่ความร้อนจะถูกปล่อยหรือดูดซับที่ทางแยก

ปริมาณของความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือถูกดูดซับในระหว่างกระบวนการนี้จะแปรผันตามกระแส เวลาของการไหลของความร้อน ตลอดจนคุณลักษณะค่าสัมประสิทธิ์ Peltier ของสายบัดกรีคู่หนึ่งๆ ในทางกลับกัน ค่าสัมประสิทธิ์ Peltier จะเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์เทอร์โมอิเล็กทริกของทั้งคู่คูณด้วยอุณหภูมิสัมบูรณ์ของทางแยก ณ เวลาปัจจุบัน

และเนื่องจากเอฟเฟกต์ Peltier นั้นแสดงออกได้ชัดเจนที่สุด ในสารกึ่งตัวนำจากนั้นคุณสมบัตินี้จะถูกใช้ในองค์ประกอบ Peltier ของเซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นที่นิยมและราคาไม่แพง ด้านหนึ่งขององค์ประกอบ Peltier จะถูกดูดซับไว้ และอีกด้านหนึ่งจะถูกปล่อยออกมา ต่อไปเราจะมาดูปรากฏการณ์นี้ให้ละเอียดยิ่งขึ้น

ผลกระทบทางกายภาพโดยตรงของ Peltier ถูกค้นพบในปี 1834โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jean Peltier และสี่ปีต่อมาสาระสำคัญของปรากฏการณ์นี้ได้รับการตรวจสอบโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย Emiliaus Lenz ซึ่งแสดงให้เห็นว่าหากแท่งบิสมัทและพลวงสัมผัสกันอย่างใกล้ชิด น้ำจะหยดลง ณ จุดที่สัมผัสแล้วทะลุผ่าน ทางแยก กระแสตรง มีทิศทางที่แน่นอนจากนั้นหากในทิศทางเริ่มต้นของกระแสน้ำกลายเป็นน้ำแข็งจากนั้นหากทิศทางของกระแสเปลี่ยนไปตรงกันข้ามน้ำแข็งนี้จะละลายอย่างรวดเร็ว

ในการทดลองของเขา Lenz แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าความร้อนของเพลเทียร์ถูกดูดซับหรือปล่อยออกมาโดยขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสที่ไหลผ่านทางแยก

ด้านล่างนี้คือตารางค่าสัมประสิทธิ์ Peltier สำหรับคู่โลหะยอดนิยมสามคู่ อย่างไรก็ตามเอฟเฟกต์ที่ตรงกันข้ามกับเอฟเฟกต์ Peltier เรียกว่าเอฟเฟกต์ Seebeck (เมื่อความร้อนหรือความเย็นบริเวณทางแยกของวงจรปิด ไฟฟ้า).

เหตุใดจึงเกิด Peltier effect? เหตุผลก็คือ ณ จุดสัมผัสของสารสองชนิดจะมีความต่างศักย์ของการสัมผัสซึ่งสร้างสนามไฟฟ้าสัมผัสระหว่างสารทั้งสอง

หากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านหน้าสัมผัส ช่องนี้จะช่วยกระแสหรือป้องกันกระแสไฟฟ้า ดังนั้น หากกระแสไฟฟ้าพุ่งตรงไปยังเวกเตอร์แรงสนามสัมผัส แหล่งที่มาของ EMF ที่ใช้จะต้องทำงาน และพลังงานของแหล่งกำเนิดจะถูกปลดปล่อยออกมา ณ จุดที่สัมผัส ซึ่งจะทำให้กระแสไฟฟ้าร้อนขึ้น

หากกระแสของแหล่งกำเนิดถูกนำไปตามช่องสัมผัสแสดงว่าสนามไฟฟ้าภายในนี้รองรับเพิ่มเติมและตอนนี้สนามจะทำงานเพิ่มเติมเพื่อย้ายประจุ พลังงานนี้ถูกดึงออกจากสสารซึ่งทำให้รอยต่อเย็นลง

ดังนั้น เนื่องจากเราทราบว่ามีการใช้เซมิคอนดักเตอร์คู่ในองค์ประกอบ Peltier กระบวนการใดที่ใช้ในเซมิคอนดักเตอร์

ง่ายๆ เลย สารกึ่งตัวนำเหล่านี้มีระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในแถบการนำไฟฟ้าต่างกัน เมื่ออิเล็กตรอนผ่านรอยต่อของวัสดุเหล่านี้ อิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานเพื่อให้สามารถเคลื่อนที่ไปยังแถบการนำพลังงานที่สูงขึ้นของสารกึ่งตัวนำอีกคู่หนึ่งได้

เมื่ออิเล็กตรอนดูดซับพลังงานนี้ จุดสัมผัสของสารกึ่งตัวนำจะเย็นลง เมื่อกระแสไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม จุดสัมผัสของสารกึ่งตัวนำจะร้อนขึ้น นอกเหนือจากความร้อนของจูลตามปกติ หากใช้โลหะบริสุทธิ์แทนสารกึ่งตัวนำในเซลล์ Peltier ผลกระทบทางความร้อนจะน้อยมากจนความร้อนแบบโอห์มมิกจะเกินกว่านั้นอย่างมาก

ในคอนเวอร์เตอร์ Peltier ที่แท้จริง เช่น TEC1-12706 บิสมัทเทลลูไรด์หลายขนานและสารละลายซิลิคอนและเจอร์เมเนียมที่เป็นของแข็งจะถูกติดตั้งระหว่างพื้นผิวเซรามิกสองแผ่น โดยบัดกรีเข้าด้วยกันเป็นวงจรอนุกรม เซมิคอนดักเตอร์ชนิด n และ p คู่นี้เชื่อมต่อกันด้วยจัมเปอร์นำไฟฟ้าที่สัมผัสกับพื้นผิวเซรามิก

คู่ขนานของสารกึ่งตัวนำขนาดเล็กแต่ละคู่สร้างหน้าสัมผัสเพื่อส่งผ่านกระแสจากสารกึ่งตัวนำชนิด n ไปยังสารกึ่งตัวนำชนิด p ที่ด้านหนึ่งของคอนเวอร์เตอร์ Peltier และจากสารกึ่งตัวนำชนิด p ไปยังสารกึ่งตัวนำชนิด n ที่อีกด้านหนึ่งของ ตัวแปลง

เมื่อกระแสไหลผ่านวงจรคู่ขนานที่ต่ออนุกรมเหล่านี้ ในแง่หนึ่ง หน้าสัมผัสทั้งหมดจะเย็นลงเท่านั้น และในทางกลับกัน ทั้งหมดจะถูกทำให้ร้อนเท่านั้น หากขั้วของแหล่งกำเนิดเปลี่ยน ด้านข้างจะเปลี่ยน บทบาท

ตามหลักการนี้ ส่วนประกอบ Peltier ทำงานหรือที่เรียกว่าตัวแปลงเทอร์โมอิเล็กทริก Peltier ซึ่งความร้อนถูกดึงมาจากด้านหนึ่งของผลิตภัณฑ์และถ่ายโอนไปยังด้านตรงข้าม ในขณะที่ทั้งสองด้านของความแตกต่างของอุณหภูมิถูกสร้างขึ้น องค์ประกอบ

เป็นไปได้ที่จะทำให้ด้านความร้อนขององค์ประกอบ Peltier เย็นลงอีกโดยใช้ฮีทซิงค์พร้อมพัดลม จากนั้นอุณหภูมิของด้านเย็นก็จะยิ่งลดลงไปอีก ในเซลล์ Peltier ที่มีอยู่ทั่วไป ความแตกต่างของอุณหภูมิสามารถสูงถึงประมาณ 69 °C

ในการตรวจสอบความสมบูรณ์ขององค์ประกอบ Peltier แบตเตอรี่แบบนิ้วก็เพียงพอแล้ว สายสีแดงของเซลล์เชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟ สายสีดำกับขั้วลบ หากองค์ประกอบทำงานอย่างถูกต้อง ความร้อนจะเกิดขึ้นที่ด้านหนึ่ง และความเย็นที่อีกด้านหนึ่ง คุณจะรู้สึกได้ด้วย นิ้วของคุณ ความต้านทานขององค์ประกอบ Peltier ทั่วไปอยู่ในขอบเขตไม่กี่โอห์ม