Elemento Peltier: cómo funciona y cómo verificar y conectar

El principio de funcionamiento del elemento Peltier se basa en sobre el efecto Peltier, que consiste en que cuando una corriente eléctrica continua pasa por una unión de dos conductores diferentes, se transfiere energía de un conductor de transición a otro, mientras que en la unión se libera o absorbe calor.

La cantidad de calor liberado o absorbido durante este proceso será proporcional a la corriente, el tiempo de su flujo, así como el coeficiente de Peltier característico de un par dado de cables soldados. El coeficiente de Peltier, a su vez, es igual al coeficiente termoeléctrico del par multiplicado por la temperatura absoluta de la unión en el momento actual.

Y como el efecto Peltier es el más expresivo en semiconductores, entonces esta propiedad se utiliza en elementos Peltier semiconductores populares y asequibles. En un lado del elemento Peltier se absorbe calor, en el otro se libera. A continuación, vamos a echar un vistazo más de cerca a este fenómeno.

El efecto físico directo de Peltier fue descubierto en 1834.por el físico francés Jean Peltier, y cuatro años más tarde la esencia de este fenómeno fue investigada por el físico ruso Emilius Lenz, quien demostró que si las varillas de bismuto y antimonio estaban en estrecho contacto, el agua goteaba en el punto de contacto, y luego a través la corriente continua de unión con una cierta dirección, entonces si en la dirección inicial de la corriente el agua se convierte en hielo, entonces si la dirección de la corriente cambia a la opuesta, entonces este hielo se derretirá rápidamente.

En su experimento, Lenz demostró claramente que el calor de Peltier se absorbe o se libera dependiendo de la dirección de la corriente a través de la unión.

A continuación se muestra una tabla de coeficientes de Peltier para tres pares de metales populares. Por cierto, el efecto opuesto al efecto Peltier se llama efecto Seebeck (cuando al calentar o enfriar las uniones de un circuito cerrado, electricidad).

Entonces, ¿por qué ocurre el efecto Peltier? La razón es que en el punto de contacto de dos sustancias existe una diferencia de potencial de contacto que genera un campo eléctrico de contacto entre ellas.

Si ahora fluye una corriente eléctrica a través del contacto, este campo ayudará al flujo de corriente o lo impedirá. Por lo tanto, si la corriente se dirige contra el vector de fuerza del campo de contacto, entonces la fuente de la FEM aplicada debe hacer el trabajo, y la energía de la fuente se libera en el punto de contacto, esto hará que se caliente.

Si la corriente de la fuente se dirige a lo largo del campo de contacto, entonces, por así decirlo, está respaldada adicionalmente por este campo eléctrico interno, y ahora el campo hará un trabajo adicional para mover las cargas. Esta energía ahora se le quita a la sustancia, lo que en realidad hace que la unión se enfríe.

Entonces, dado que sabemos que los pares de semiconductores se usan en los elementos Peltier, ¿qué proceso se usa en los semiconductores?

Es simple, estos semiconductores difieren en los niveles de energía de los electrones en la banda de conducción. Cuando un electrón pasa a través de la unión de estos materiales, el electrón gana energía para poder moverse a una banda de conducción de mayor energía de otro par de semiconductores.

Cuando el electrón absorbe esta energía, el punto de contacto del semiconductor se enfría. Cuando la corriente fluye en la dirección opuesta, el punto de contacto del semiconductor se calienta, además del calor Joule habitual. Si se usaran metales puros en lugar de semiconductores en las celdas Peltier, el efecto térmico sería tan pequeño que el calentamiento óhmico lo superaría con creces.

En un verdadero convertidor Peltier, como el TEC1-12706, varios paralelepípedos de telururo de bismuto y una solución sólida de silicio y germanio se montan entre dos sustratos cerámicos, soldados entre sí en un circuito en serie. Estos pares de semiconductores de tipo n y p están conectados por puentes conductores que están en contacto con los sustratos cerámicos.

Cada par de pequeños paralelepípedos semiconductores forma un contacto para pasar corriente de un semiconductor tipo n a un semiconductor tipo p en un lado del convertidor Peltier, y de un semiconductor tipo p a un semiconductor tipo n en el otro lado del convertidor. el convertidor

Cuando la corriente fluye a través de todos estos paralelepípedos conectados en serie, entonces, por un lado, todos los contactos solo se enfrían y, por otro lado, todos se calientan solo.Si la polaridad de la fuente cambia, los lados cambiarán su papeles

De acuerdo con este principio, funciona el elemento Peltier, o, como también se le llama, el convertidor termoeléctrico Peltier, donde el calor se toma de un lado del producto y se transfiere al lado opuesto, mientras que se crea una diferencia de temperatura en ambos lados del producto. el elemento.

Incluso es posible enfriar aún más el lado de calentamiento del elemento Peltier usando un disipador de calor con ventilador, luego la temperatura del lado frío será aún más baja. En las celdas Peltier ampliamente disponibles, la diferencia de temperatura puede alcanzar unos 69 °C.

Para verificar el estado del elemento Peltier, una batería tipo dedo es suficiente. El cable rojo de la celda está conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación, el cable negro al negativo.Si el elemento funciona correctamente, entonces se calentará en un lado y se enfriará en el otro, puede sentirlo con tus dedos. La resistencia de un elemento Peltier convencional está en la región de unos pocos ohmios.