Elemento Peltier costituito da diodi. Elemento Peltier: caratteristiche, principio di funzionamento e applicazione

L'elemento Peltier è noto al mondo da molto tempo. Nel XVIII secolo l'orologiaio francese Jean-Charles Peltier scoprì quasi per caso un nuovo effetto al confine di due metalli: bismuto e antimonio. Consisteva in un brusco cambiamento di temperatura di una goccia d'acqua posta tra i contatti, che si trasformava in ghiaccio quando veniva applicata la corrente. Questa proprietà divenne nuova per l'orologiaio, perché fino a quel momento nessuno scienziato al mondo aveva mai presentato tali informazioni nei suoi materiali.

Sebbene l'effetto fosse interessante, all'epoca non trovò applicazione pratica, a causa della piccola quantità di apparecchiature elettroniche che richiedevano un raffreddamento intensivo. Dopo 2 secoli La scoperta dello scienziato è stata ricordata perché c'era un'urgente necessità di produrre un dispositivo in grado di fornire un raffreddamento di alta qualità del cristallo riscaldante del microprocessore.

Come risultato di numerosi studi in quest'area e di un numero enorme di esperimenti pratici, gli scienziati hanno scoperto che una coppia termoelettrica può generare una quantità di freddo sufficiente per il normale funzionamento di quasi tutti i microprocessori. E grazie alle loro dimensioni ridotte, hanno imparato a integrarli negli alloggiamenti dei microcircuiti, dotandosi così di un proprio generatore di freddo interno.

La scoperta di Jean-Charles Pelte ha dato un enorme impulso all'intero settore della produzione di unità mobili di refrigerazione. Oggi proprietà di un elemento termoelettrico utilizzato nelle seguenti tecniche:

• frigoriferi portatili;
• condizionatori per automobili;
• frigoriferi portatili;
• fotocamere, telescopi e molto altro ancora.

Sono utilizzati attivamente per il raffreddamento di microprocessori e altri componenti elettronici. Oltre all'effetto di raffreddamento diretto, molti iniziarono a utilizzare l'elemento Peltier come generatore. Un esempio di cosa potrebbe essere torcia con 3 elementi.

Pochi sanno che per effettuare comunicazioni radio con il comando, i soldati mettevano una pentola speciale sul fuoco e preparavano il tè, preparavano il porridge e altri articoli per la casa e allo stesso tempo trasmettevano le informazioni necessarie tramite una stazione radio portatile.

Come realizzare un elemento Peltier con le tue mani?

Molte persone sono interessate alla domanda: cos'è un elemento Peltier con le proprie mani, come realizzarlo a casa? Ciò richiederà un'aggiunta dosata altamente precisa di varie sostanze e materiali. È impossibile realizzare un dispositivo del genere in casa, poiché richiede tecnologia e metodi di lavorazione dei metalli necessari. Inoltre, negli stessi laboratori sono richiesti materiali particolarmente puri, cosa impossibile da ottenere a casa. Pertanto, è possibile rispondere in modo inequivocabile alla domanda su come realizzare un modulo termoelettrico Peltier. Non c'è modo. Ma per costruire un sistema di raffreddamento efficace, le competenze esistenti sono sufficienti.

Realizzare un elemento Peltier dai diodi

C'è un'opinione su cosa si può fare modulo termoelettrico a diodi. Il fatto è che ogni coppia di semiconduttori diversi è costituita da due materiali con conduttività p e n. E un diodo è proprio questo. Per rilevare i cambiamenti di conduttività durante il riscaldamento, è necessario selezionare alcuni elementi. Ma nessun diodo aiuterà a ottenere una bassa temperatura sulla superficie del dispositivo. Quando si applica una corrente elevata, è possibile ottenere solo il riscaldamento.

I radioamatori utilizzano diodi a bassa potenza in una custodia di vetro come sensore di temperatura. Quando sono collegati nella direzione opposta e si riscaldano, la giunzione inizia ad aprirsi e a far passare la corrente nella direzione opposta. Ma non genererà elettricità.

Come funziona l'elemento Pelte?

Un modulo termoelettrico Peltier in forma semplificata è una coppia di piastre costituite da metalli diversi, che possono essere bismuto, antimonio, tellurio o selenio. Tra di loro c'è una coppia di semiconduttori di tipo n e p con conduttività diversa. Tutti formati da metalli diversi coppie termoelettriche collegati in serie in un unico circuito. Il risultato è una sorta di matrice di un gran numero di singole termocoppie posizionate tra due piastre ceramiche.

Il modulo termoelettrico formato da termocoppie è realizzato in un unico involucro di piccole dimensioni. Collegandoli in serie o in parallelo è possibile potenziare l'effetto di raffreddamento o generare energia elettrica. In modalità più fredda, il terminale positivo della matrice è collegato alla prima coppia con un conduttore di tipo n, il contatto negativo è collegato a conduttori di tipo p. Come rivestimenti esterni vengono utilizzate ceramiche speciali a base di ossido e nitruro di alluminio. Ciò garantisce le migliori prestazioni di trasferimento del calore su entrambi i lati sia alle alte che alle basse temperature.

Numero di termocoppie nel modulo non è limitato da nulla e può arrivare a diverse centinaia. Più ce ne sono, migliore è l'effetto rinfrescante. Per aumentare l'efficienza dell'elemento Peltier, sul lato freddo è collegato un radiatore con la maggiore area di trasferimento del calore. La differenza di temperatura tra le piastre dovrebbe essere di almeno due decine di gradi.

Quando viene applicata la tensione alle piastre, un lato diventa caldo e l'altro freddo. Quando cambia la polarità della tensione di alimentazione, la temperatura delle piastre cambia posizione.

Considerando la complessità e la producibilità, non è possibile realizzare un elemento termoelettrico con le proprie mani. Ma ci sono ancora artigiani che offrono i loro sviluppi. L'effetto si osserva, ma è impossibile ottenere un aumento dell'efficienza senza uno speciale laboratorio di ricerca. Puoi anche trovare un video su questo argomento con una guida passo passo.

Caratteristiche dell'elemento Peltier

Alle caratteristiche elemento basato su coppie bimetalliche dovrebbe includere:

Visualizzazione della formula

L'effetto Peltier prevede il flusso di corrente attraverso il contatto di due metalli con conduttività diversa. Di conseguenza, viene rilasciato calore o freddo, a seconda della direzione del flusso di corrente.

In un'espressione stereotipata, l'effetto Peltier può essere rappresentato:

Q p=P12 j, dove P12 è il coefficiente di Peltier. L'indicatore dipende dal tipo di metallo utilizzato e dalle sue proprietà termoelettriche.

Oltre ai vantaggi, il dispositivo presenta anche alcuni svantaggi, tra cui:

Bassa efficienza. Per ottenere una differenza di temperatura significativa, è necessario fornire alle piastre una corrente sufficientemente elevata.

Per rimuovere efficacemente l'energia termica, è necessario prevedere un radiatore.

Modalità generatore dell'elemento Peltier

La scoperta di Jacques-Charles Peltier ha letteralmente capovolto il mondo, poiché il dispositivo può essere utilizzato come generatore universale di caldo e freddo. Oltre a queste funzioni, è stato notato un altro effetto importante: la modalità generatore. Se il lato caldo del dispositivo viene riscaldato e il lato freddo viene raffreddato, ai terminali si verifica una differenza di potenziale e quando il circuito è chiuso, la corrente inizia a fluire.

Generatore basato su un elemento Peltier Puoi farlo da solo e non richiede abilità speciali. Ma dovresti capire che il materiale utilizzato dagli sviluppatori cinesi non ha caratteristiche ideali che consentano loro di ottenere la massima energia. I moduli termoelettrici disponibili in vendita sono sufficienti per:

• ricarica di dispositivi mobili;
• alimentatore per illuminazione LED;
• produzione di un ricevitore radio autonomo e altri scopi.

Puoi trovare molti video su questo argomento con una descrizione dettagliata di tutte le fasi. Pertanto, se si desidera realizzare un modulo termoelettrico per generare energia, ciò è del tutto possibile.

Il primo passo è ordinare il numero richiesto di elementi Peltier, tenendo conto delle loro caratteristiche. Un dispositivo con una potenza di 10 W sullo stesso eBay costa 15 dollari. E questo sarà abbastanza per caricare gli smartphone. Successivamente, è necessario garantire un'efficace rimozione del calore. Per questi scopi è possibile progettare un sistema di raffreddamento a liquido a circolazione naturale. E riscalda il lato caldo con qualsiasi fonte di calore, incluso il fuoco aperto. Di conseguenza qualsiasi radioamatore può realizzare lui stesso un eccellente generatore termoelettrico, che puoi portare con te durante un'escursione, una pesca o in campagna.

Una cella standard produce 5 V e 1 W di potenza, sufficienti per una piccola illuminazione. Ad esempio, per realizzare una torcia riscaldata dal calore delle tue mani. Sono disponibili in vendita anche elementi già pronti con tensioni di uscita fino a 12 V.

Stufa termoelettrica portatile con modalità generatore

Oggi puoi trovare molti modi per realizzare con le tue mani un generatore termoelettrico abbastanza efficiente basato su un elemento Peltier. Come uno di loro - stufa portatile con focolare da un vecchio alimentatore per computer. L'elemento termoelettrico Peltier stesso è fissato su uno dei lati del case tramite pasta termica con un radiatore di dimensioni impressionanti. Questa installazione ti consentirà di riscaldarti in qualsiasi luogo conveniente, cucinare cibo e caricare il telefono.

Molti nuovi elettricisti sono interessati a una domanda molto popolare: come rendere l'elettricità gratuita e allo stesso tempo autonoma. Molto spesso, ad esempio, quando si esce nella natura, si verifica una catastrofica mancanza di una presa per ricaricare un telefono o accendere una lampada. In questo caso, un modulo termoelettrico fatto in casa, assemblato sulla base dell'elemento Peltier, ti aiuterà. Utilizzando un dispositivo del genere, puoi generare corrente con una tensione fino a 5 Volt, che è abbastanza per caricare il dispositivo e collegare una lampada. Successivamente, ti diremo come realizzare un generatore termoelettrico con le tue mani, fornendo una semplice master class in immagini e con un esempio video!

Brevemente sul principio di funzionamento

Per capire in futuro perché sono necessari alcuni pezzi di ricambio durante l'assemblaggio di un generatore termoelettrico fatto in casa, parliamo prima della struttura dell'elemento Peltier e di come funziona. Questo modulo è costituito da termocoppie collegate in serie posizionate tra piastre in ceramica, come mostrato nella figura seguente.

Quando una corrente elettrica passa attraverso un circuito di questo tipo, si verifica il cosiddetto effetto Peltier: un lato del modulo si riscalda e l'altro si raffredda. perché ne abbiamo bisogno? Tutto è molto semplice, se agisci nell'ordine inverso: riscalda un lato della piastra e raffredda l'altro, di conseguenza puoi generare elettricità a bassa tensione e corrente. Ci auguriamo che in questa fase tutto sia chiaro, quindi passiamo a corsi di perfezionamento che mostreranno chiaramente cosa e come realizzare un generatore termoelettrico con le proprie mani.

Masterclass di assemblaggio

Quindi, abbiamo trovato su Internet istruzioni molto dettagliate e allo stesso tempo semplici per assemblare un generatore elettrico fatto in casa basato su un forno e un elemento Peltier. Per iniziare, è necessario preparare i seguenti materiali:

• L'elemento Peltier stesso con i parametri: corrente massima 10 A, tensione 15 Volt, dimensioni 40 * 40 * 3,4 mm. Marcatura – TEC 1-12710.
• Un vecchio alimentatore da un computer (da esso è necessario solo il case).
• Stabilizzatore di tensione con le seguenti caratteristiche tecniche: tensione in ingresso 1-5 Volt, tensione in uscita – 5 Volt. Queste istruzioni per l'assemblaggio di un generatore termoelettrico utilizzano un modulo con uscita USB, che semplificherà il processo di ricarica di un telefono o tablet moderno.
• Termosifone. Puoi prelevarlo immediatamente dal processore con un dispositivo di raffreddamento, come mostrato nella foto.
• Pasta termica.

Dopo aver preparato tutti i materiali, puoi procedere alla realizzazione del dispositivo da solo. Quindi, per renderti più chiaro come realizzare un generatore da solo, forniamo una master class passo passo con immagini e una spiegazione dettagliata:

Il funzionamento del generatore termoelettrico è il seguente: si mette la legna all'interno del forno, si dà fuoco e si attende qualche minuto affinché un lato della piastra si riscaldi. Per ricaricare il telefono, è necessaria una differenza di temperatura tra i diversi lati di circa 100 o C. Se la parte di raffreddamento (radiatore) si surriscalda, deve essere raffreddata con tutti i metodi possibili: versarvi sopra delicatamente dell'acqua, mettere un tazza di ghiaccio sopra, ecc.

Ed ecco un video che mostra chiaramente come funziona un generatore elettrico a legna fatto in casa:

Generare elettricità dal fuoco

Puoi anche installare una ventola del computer sul lato freddo, come mostrato nella seconda versione di un generatore termoelettrico fatto in casa con un elemento Peltier:

In questo caso, il refrigeratore utilizzerà una piccola frazione della potenza del gruppo elettrogeno, ma il sistema risultante sarà più efficiente. Oltre alla ricarica del telefono, il modulo Peltier può essere utilizzato come fonte di energia elettrica per i LED, opzione altrettanto utile per l'utilizzo di un generatore. A proposito, la seconda versione del generatore termoelettrico fatto in casa è leggermente simile nell'aspetto e nel design. L'unico upgrade, oltre al sistema di raffreddamento, è la possibilità di regolare l'altezza del cosiddetto bruciatore. Per fare ciò, l'autore dell'elemento utilizza il "corpo" di un CD-ROM (una delle foto mostra chiaramente come puoi realizzare tu stesso il disegno).

Se realizzi un generatore termoelettrico con le tue mani utilizzando questo metodo, puoi avere fino a 8 Volt di tensione in uscita, quindi per caricare il tuo telefono, non dimenticare di collegare un convertitore che lascerà solo 5 V in uscita.

Bene, l'ultima versione di una fonte di energia domestica per la casa può essere rappresentata dal seguente diagramma: un elemento: due "mattoni" di alluminio, un tubo di rame (raffreddamento ad acqua) e un bruciatore. Il risultato è un generatore efficace che ti permette di creare elettricità gratis in casa!

Utilizzando dispositivi semplici, è possibile sfruttare la perdita di calore derivante dal riscaldamento di aria o liquidi. In questo articolo ti spiegheremo come utilizzare l'energia di scarto di stufe, caldaie e fuochi aperti, convertendola in corrente elettrica continua di bassa intensità.

Qualsiasi processo chimico avviene con il rilascio di vari tipi di energia. Una fonte così potente come la combustione è stata utilizzata in ogni momento. Può essere definita la fonte primaria di calore e luce. Quasi tutte le sostanze sulla Terra bruciano, rilasciando calore e luce in quantità diverse. Convertire l'energia termica in energia elettrica non è difficile se si ha a portata di mano una turbina a vapore funzionante, simile a quelle installate nelle centrali termoelettriche. Si tratta di un dispositivo ingombrante e complesso che difficilmente troverà posto nel locale caldaia di una casa di campagna. Cercheremo di beneficiare del calore generato dal riscaldamento della stufa o dal riscaldamento dell'acqua.

L'effetto Peltier è un fenomeno di differenza di temperatura quando termocoppie di due diversi tipi di conduttori (tipo p e tipo n) interagiscono quando una corrente continua le attraversa. L'effetto Seebeck è una conseguenza dell'effetto Peltier, quando viene generata una corrente elettrica quando una delle termocoppie viene riscaldata. Non descriveremo in dettaglio la termodinamica del processo: queste informazioni di difficile comprensione possono essere facilmente reperite nella letteratura di riferimento. Siamo interessati al risultato e alle opzioni per il suo utilizzo pratico.

Progettazione del modulo termoelettrico

Un modulo termoelettrico (TEM) è costituito da numerose termocoppie collegate tra loro da una piastra di rame. Il campo della termocoppia è incollato tra due piastre ceramiche. È possibile assemblare un modulo di questo tipo solo in un ambiente di fabbrica. Ma puoi assemblare diversi TEM per le tue esigenze a casa. Gli elementi Peltier-Seebeck sono disponibili per la vendita gratuita nei negozi specializzati (e sui siti web) che vendono apparecchiature tecnologiche.

Assemblare un TEM da 5 V

Cosa ti servirà:

• Modulo Peltier TEC1-12705 (40x40) - 2 pz.;
• boost convertitore di tensione CC EK-1674;
• foglio di duralluminio di spessore 3 mm;
• un contenitore per l'acqua con fondo perfettamente piatto (mestolo);
• colla calda;
• saldatore

Da un foglio di duralluminio ritagliamo due piastre identiche, leggermente più grandi di due moduli posti uno accanto all'altro. Rafforziamo le piastre sui moduli su entrambi i lati con colla a caldo. Fissiamo (con colla a caldo) il “sandwich” risultante sul fondo del mestolo. Questo progetto può già essere messo a fuoco, ma in uscita otterremo 1,5 V inutili. Per migliorare le prestazioni, abbiamo bisogno di un convertitore boost, che saldiamo nel circuito. Aumenterà la tensione a 5 V e questo è già sufficiente per caricare un telefono cellulare.

Attenzione! Il convertitore ha dimensioni di 1,5x1,5 cm Se non si dispone di competenze professionali, affidare la saldatura a uno specialista.

La differenza di temperatura nel nostro progetto è ottenuta riscaldando un lato (dal forno o dalla fiamma) e raffreddando l'altro (acqua nella siviera). Naturalmente, maggiore è la differenza, più efficiente è il modulo. Pertanto, per funzionare in modalità microgeneratore, sarà necessaria una temperatura dell'acqua nella siviera relativamente bassa (è meglio sostituirla periodicamente). Per generare gli ambiti 5 V è sufficiente posizionare la struttura su un vetro con una candela accesa.

Combinando proporzionalmente più moduli, otteniamo un sistema di generazione di energia più efficiente. Di conseguenza, aumentando la struttura, aumentiamo proporzionalmente lo scambiatore di calore. In questo caso la superficie da raffreddare dovrà essere completamente ricoperta da un contenitore d'acqua (l'opzione più semplice ed economica).

Tutto è così semplice che senti subito il desiderio di assemblare più moduli in un unico sistema e generare 220 V dal fuoco. E poi collegare lo scaldabagno o il condizionatore d'aria. Un sistema così semplice ha i suoi svantaggi e il principale è la bassa efficienza. In genere questa cifra non supera il 5%. Ciò si traduce in una corrente relativamente bassa di 0,5 - 0,8 A e una potenza molto bassa - fino a 4 W.

Per una pompa o una lampada a incandescenza questo è trascurabile, ma abbastanza per:

• ricarica batterie fino a batterie moto (in varianti proporzionali alle esigenze);
• funzionamento di lampade a diodi emettitori di luce (LED);
• ricevitore radio

In inverno, un sistema posizionato su una fonte di calore situata all'esterno funzionerà nel modo più efficiente possibile.

Costi dei materiali per l'assemblaggio di un microgeneratore termoelettrico da 5 V:

*- Questo modello di elemento è stato scelto per ragioni di prezzo. La gamma di TEM delle aziende fornitrici è piuttosto ampia, il che consente di selezionare modelli più produttivi (fino a 8 V) (sono significativamente più costosi).

I prodotti fabbricati in fabbrica con questo design stanno appena iniziando ad apparire in vendita. La produzione in serie viene effettuata in piccoli lotti e la gamma è ridotta. Il costo di un simile "secchio" parte da 2.500 rubli.

Un generatore termico industriale è un dispositivo basato sull'effetto Peltier-Seebeck, che può essere fissato direttamente su una superficie riscaldata. Si distingue dal progetto sopra descritto per la sua esecuzione di fabbrica (e quindi affidabilità), l'assenza di uno scambiatore di calore liquido (al posto di alette per il raffreddamento dell'aria) e un prezzo più elevato.

Un termogeneratore “ambulante” standard ha le seguenti caratteristiche:

Come si può vedere dalla tabella, l'affidabilità e l'utilità di fabbrica non sono economiche. Tuttavia, non si può dire che sia funzionalmente superiore alla versione fatta in casa con un secchio. Ben 13,5 V accelereranno la ricarica del tuo cellulare, ma per questo dovrai portare con te 2 kg di peso durante un'escursione, e questo è un lusso insostenibile (considerando le dimensioni del dispositivo). E, naturalmente, il prezzo ti fa pensare. Con questa quantità puoi assemblare non un "mestolo termico", ma una "padella termica" e caricare facilmente il tuo laptop. E un'altra sfumatura: il dispositivo richiede ancora il fissaggio su una piastra metallica se viene utilizzato un fuoco aperto.

Nel complesso, questa è un'aggiunta piacevole e conveniente per coloro che non hanno problemi con i soldi e con lo spazio libero nel bagagliaio.

Fornace energetica

Oggi la fornace energetica è l’apoteosi dell’uso dei TEM nella vita di tutti i giorni. Si tratta di un prodotto di fabbrica, essenzialmente un focolare “stufa panciuta” per qualsiasi tipo di combustibile solido con modulo termoelettrico integrato. Un'opzione ideale per capanni di caccia, cottage estivi, remoti quartieri invernali e in generale qualsiasi tipo di vita lontana dalla civiltà. Progettato per un uso autonomo (senza dissipatori periferici), è dotato solo di focolare e canna fumaria. Include la preparazione del cibo. Su questo forno sono installati gli elementi Peltier-Seebeck più potenti.

Caratteristiche dei forni energetici:

Sebbene il fornello sia portatile, è sicuramente un “peso massimo” tra gli elettrodomestici. Tuttavia, la gamma di compiti di un forno energetico è piuttosto ampia: può persino caricare le batterie delle automobili e illuminare intere stanze con lampade a LED. C'è posto per lui in un convoglio di spedizione e in un fuoristrada da caccia, in un locale tecnico e in campagna. In altre parole, in questo caso abbiamo sempre con noi la fonte di calore, non dobbiamo fare altro che reperire il combustibile.

Nella sua nicchia, il forno energetico è indispensabile, anche se la durata dichiarata dal produttore è un po' allarmante: 10 anni. Da notare che, come in un termogeneratore, esiste la possibilità di sostituzione preventiva (o di emergenza) di tutte le parti fino alla carcassa.

I moduli termoelettrici sono oggetti estremamente interessanti. Oltre alle modalità applicative descritte vengono utilizzati anche per l'acqua e il condizionamento dell'aria. Allo stesso tempo, la corrente continua viene fornita allo stesso elemento e funziona "nella direzione opposta": raffredda l'aria. Questa tecnologia viene utilizzata con successo nei condizionatori e nei refrigeratori d'acqua delle automobili, nell'industria automobilistica e nella produzione di microprocessori. Descriveremo questi dispositivi nel prossimo articolo.

Vitaly Dolbinov, rmnt.ru

Nel 1834, il fisico francese Jean Charles Peltier, studiando l'effetto dell'elettricità sui conduttori, scoprì un effetto molto interessante. Se si passa corrente attraverso due conduttori diversi situati l'uno vicino all'altro, uno di questi conduttori inizia a riscaldarsi molto e il secondo, al contrario, inizia a raffreddarsi molto. La quantità di calore generato e assorbito dipende direttamente dalla forza e dalla direzione della corrente elettrica. Se cambi la direzione della corrente, i lati freddo e caldo cambieranno di posto. Poco dopo, questo fenomeno fu chiamato effetto Peltier e fu opportunamente dimenticato a causa della sua pratica mancanza di domanda in quel momento.

E solo dopo più di cento anni, con l’avvento dell’era dei semiconduttori, c’è un urgente bisogno di refrigeratori compatti, economici ed efficienti. Così, negli anni '60 del XX secolo, apparvero i primi moduli termoelettrici a semiconduttore, chiamati elementi Peltier.

La base di qualsiasi modulo termoelettrico è il fatto che diversi conduttori hanno diversi livelli di energia degli elettroni. In altre parole, un conduttore può essere rappresentato come una regione ad alta energia, il secondo conduttore come una regione a bassa energia. Quando due materiali conduttori entrano in contatto, mentre vengono attraversati da una corrente elettrica, un elettrone proveniente da una regione a bassa energia deve spostarsi verso una regione ad alta energia.

Ciò non accadrà se l'elettrone non acquisisce la quantità di energia richiesta. Nel momento in cui questa energia viene assorbita dall'elettrone, il punto di contatto tra i due conduttori si raffredda. Se si cambia la direzione del flusso di corrente, al contrario, si avrà l'effetto di riscaldare il punto di contatto.

È possibile utilizzare qualsiasi conduttore, ma questo effetto diventa fisicamente evidente e significativo solo quando si utilizzano i semiconduttori. Ad esempio, quando i metalli entrano in contatto, l'effetto Peltier è così insignificante da essere praticamente impercettibile sullo sfondo del riscaldamento ohmico.

Un modulo termoelettrico (TEM), indipendentemente dalle sue dimensioni e dal luogo di applicazione, è costituito da un diverso numero di cosiddette termocoppie. Una termocoppia è l'elemento fondamentale da cui viene costruito qualsiasi TEM. È costituito da due semiconduttori con diversi tipi di conduttività. Come è noto esistono due tipi di conduttività di tipo p ed n. Di conseguenza, esistono due tipi di semiconduttori. Questi due elementi diversi sono collegati in una termocoppia mediante un ponte di rame. Come semiconduttori vengono utilizzati sali di metalli come bismuto, tellurio, selenio o antimonio.

TEM è un insieme di termocoppie simili collegate tra loro in serie. Tutte le termocoppie si trovano tra due piastre in ceramica. Piastra Peltier. Le piastre sono realizzate in nitruro di alluminio o ossido di alluminio. Il numero di termocoppie in un elemento può variare entro limiti molto ampi, da pochi pezzi a diverse centinaia o migliaia.

In altre parole, gli elementi Peltier possono avere qualsiasi potenza, da centesimi a diverse centinaia o migliaia di watt. La corrente continua passa successivamente attraverso tutte le termocoppie e, di conseguenza, la piastra ceramica superiore viene raffreddata e quella inferiore, al contrario, viene riscaldata. Se cambi la direzione della corrente, le piastre cambieranno posizione, quella superiore inizierà a riscaldarsi e quella inferiore inizierà a raffreddarsi.

C'è una caratteristica nel funzionamento dell'elemento che viene utilizzata attivamente per migliorare l'efficienza di raffreddamento di questo dispositivo. Come è noto, quando la corrente attraversa un elemento Peltier, si crea una differenza di temperatura tra la superficie che si riscalda e quella che si raffredda. Quindi, se la superficie che si sta riscaldando attivamente è sottoposta a raffreddamento forzato. Ad esempio, utilizzando un dispositivo di raffreddamento speciale, ciò porterà a un raffreddamento ancora più forte della superficie, cioè quella che viene raffreddata. In questo caso la differenza di temperatura con l'aria circostante può raggiungere diverse decine di gradi.

Vantaggi e svantaggi

Come ogni dispositivo tecnico, un modulo termoelettrico ha i suoi vantaggi e svantaggi:

Il problema dell’aumento dell’efficienza dei TEM si basa su un puzzle tecnico finora irrisolvibile. Gli elettroni liberi hanno, infatti, una duplice natura, che si manifesta nella pratica, e sono contemporaneamente portatori sia di corrente elettrica che di energia termica. Di conseguenza, un elemento Peltier altamente efficiente deve essere costituito da un materiale che abbia contemporaneamente due proprietà mutuamente esclusive. Questo materiale dovrebbe condurre bene l'elettricità e condurre male il calore. Finora tale materiale non esiste in natura, ma gli scienziati stanno lavorando attivamente in questa direzione.

Tutti i moduli termoelettrici hanno le caratteristiche tecniche adeguate:

Applicazione dei TEM

Nonostante il grave inconveniente inerente a tutti gli elementi Peltier senza eccezioni, vale a dire un'efficienza molto bassa, questi dispositivi hanno trovato un'applicazione piuttosto ampia sia nella scienza e nella tecnologia, sia nella vita di tutti i giorni.

I moduli termoelettrici sono importanti elementi di progettazione di dispositivi come:

Elemento Peltier nelle mani di un artigiano domestico

Dobbiamo subito fare una prenotazione: realizzare da soli un elemento termoelettrico è, per usare un eufemismo, un compito insignificante e non necessario per nessuno. A meno che il produttore non sia uno studente di seconda media e consolidi quindi le conoscenze acquisite nelle lezioni di fisica.

Molto più facile da acquistare nuovo elemento termoelettrico nel relativo negozio. Fortunatamente, sono economici e non c’è carenza di scelta per un modello specifico. E oltre al fatto che non c'è nulla che possa rompersi o usurarsi, qualsiasi termoelemento rimosso da un vecchio computer o condizionatore d'aria per auto non differirà nelle sue caratteristiche tecniche da quello nuovo.

Il modello di termoelemento più popolare è TEC1-12706. Le dimensioni di questo dispositivo sono 40 per 40 millimetri. È composto da 127 termocoppie collegate tra loro in serie. Progettato per una corrente di 5 A, con una tensione del circuito di 12 V. Un tale elemento costa in media da 200 a 300 rubli. Ma puoi trovarlo per cento, o, in generale, per quello se lo rimuovi da un vecchio computer o da qualche altro dispositivo non necessario.

Usando un tale elemento, puoi realizzare almeno due dispositivi molto interessanti e utili per la tua famiglia.

Come realizzare un frigorifero con le tue mani

La produzione di frigoriferi portatili, in particolare per automobili, è interamente basata sull'effetto Peltier. Per realizzare un dispositivo del genere a casa avrai bisogno di:

• Marchio termocoppia TEC1-12706. Costa 200 rubli nel negozio più vicino (specializzato).
• Radiatore e ventola. Vengono rimossi da un vecchio computer che ha servito al suo scopo.
• Contenitore. Qualsiasi contenitore non necessario in plastica, metallo o legno. L'esterno e l'interno di tale contenitore sono ricoperti con piastre a risparmio di calore in polistirolo espanso o polistirolo espanso.

Il modulo termoelettrico è integrato nel coperchio del contenitore. In questo caso, il flusso del freddo avverrà dall'alto verso il basso, il che porterà ad un raffreddamento uniforme del contenitore. Dall'interno del contenitore, un radiatore è fissato al coperchio mediante pasta termica e bulloni di montaggio.

Per aumentare la potenza del futuro dispositivo di refrigerazione, è possibile aumentare il numero di termoelementi a due o tre o più. In questo caso i moduli vengono incollati tra loro, rispettando la polarità. In altre parole, il lato caldo dell'elemento sottostante è in contatto con il lato freddo di quello sovrastante.

Un altro radiatore è fissato all'esterno del coperchio insieme a un dispositivo di raffreddamento del computer. Nel luogo in cui sono montati i radiatori deve esserci un buon isolamento termico tra il lato freddo interno e quello caldo esterno. È necessario serrare con molta attenzione i radiatori superiore e inferiore con i bulloni di fissaggio in modo che le piastre in ceramica e i termoelementi situati tra di loro non si rompano.

L'elettricità è collegata utilizzando un alimentatore, che può essere preso da un vecchio computer.

Generatore termoelettrico portatile

Una mini-centrale elettrica di questo tipo può essere di grande aiuto per un turista o un cacciatore quando le batterie di tutti i gadget elettronici nella foresta si esauriscono. In questa situazione, è molto romantico prendere qualche cippato e cono di legno secco, accendere un piccolo fuoco e usarlo per caricare le batterie scariche, e allo stesso tempo cucinare qualcosa da mangiare. Questo è esattamente ciò che ti consente di fare un termogeneratore portatile costruito su un termoelemento.

Per costruire questo dispositivo miracoloso, hai bisogno di un fornello da campo portatile che funzioni con qualsiasi tipo di carburante. In casi estremi, andrà bene anche una piccola candela o una compressa di alcol secco.

Nella stufa viene acceso un fuoco e dall'esterno viene fissato un modulo termoelettrico mediante pasta termica. È collegato tramite fili a un convertitore di tensione.

La quantità di corrente ricevuta dipenderà direttamente dalla differenza di temperatura tra i lati freddo e caldo del termoelemento. Per un funzionamento efficace è necessaria una differenza tra superfici fredde e calde di almeno 100 gradi.

In questo caso è necessario comprendere che la temperatura massima è limitata dalla temperatura di fusione della lega di saldatura con cui è realizzato il modulo stesso. Pertanto, per tali dispositivi vengono utilizzati moduli termici speciali, realizzati utilizzando speciali saldature refrattarie. Nei moduli convenzionali, la temperatura di fusione della saldatura è di 150 gradi. Nei moduli refrattari, la saldatura inizia a sciogliersi ad una temperatura di 300 gradi.

Un elemento Peltier è solitamente chiamato convertitore in grado di funzionare con una differenza di temperatura. Ciò avviene facendo fluire la corrente elettrica attraverso i conduttori attraverso i contatti. A tale scopo negli elementi sono previste piastre speciali. Il calore passa da una parte all'altra.

Oggi questa tecnologia è richiesta principalmente per il suo significativo potere di trasferimento del calore. Inoltre, i dispositivi possono vantare compattezza. I radiatori installati su molti modelli sono deboli. Ciò è dovuto al fatto che il flusso di calore si raffredda abbastanza rapidamente. Di conseguenza, la temperatura desiderata viene mantenuta costantemente.

Questo elemento non ha parti mobili. I dispositivi funzionano in modo assolutamente silenzioso e questo è un chiaro vantaggio. Va anche detto che possono essere utilizzati per un tempo molto lungo e che i guasti si verificano estremamente raramente. Il tipo più semplice è costituito da conduttori in rame con contatti e fili di collegamento. Inoltre, sul lato raffreddamento è presente un isolante. Di solito è realizzato in ceramica o

Perché sono necessari gli elementi Peltier?

Gli elementi Peltier vengono spesso utilizzati per realizzare frigoriferi. Di solito parliamo di modelli compatti che possono essere utilizzati, ad esempio, dagli automobilisti in viaggio. Tuttavia, questa non è la fine della gamma di applicazioni dei dispositivi. Recentemente, gli elementi Peltier sono stati installati attivamente nelle apparecchiature audio e acustiche. Lì sono in grado di svolgere le funzioni di un dispositivo di raffreddamento.

Di conseguenza, l'amplificatore del dispositivo viene raffreddato senza alcun rumore. Per i compressori portatili gli elementi Peltier sono indispensabili. Se parliamo dell'industria scientifica, gli scienziati utilizzano questi dispositivi per raffreddare il laser. In questo caso, è possibile ottenere una stabilizzazione significativa dell'onda di studio dei LED.

Svantaggi dei modelli Peltier

Sembrerebbe che un dispositivo così semplice ed efficace non abbia inconvenienti, ma ce ne sono alcuni. Innanzitutto gli esperti hanno subito notato la scarsa capacità di penetrazione del modulo. Ciò suggerisce che una persona avrà alcuni problemi se desidera raffreddare un dispositivo che funziona da una rete con una tensione di 400 V. In questo caso, una speciale pasta dielettrica aiuterà parzialmente a risolvere questo problema. Tuttavia, il guasto attuale sarà ancora elevato e l'avvolgimento dell'elemento Peltier potrebbe non sopportarlo.

Inoltre, questi modelli non sono consigliati per l'uso nell'elettronica di precisione. Poiché la struttura dell'elemento contiene piastre metalliche, la sensibilità dei transistor potrebbe essere compromessa. L'ultimo svantaggio dell'elemento Peltier è la bassa efficienza. Questi dispositivi non sono in grado di raggiungere una differenza di temperatura significativa.

Modulo per regolatore

Realizzare un elemento Peltier per un regolatore con le tue mani è abbastanza semplice. Per fare ciò, è necessario preparare in anticipo due piastre metalliche, nonché il cablaggio con i contatti. Innanzitutto vengono preparati i conduttori per l'installazione, che sarà posizionata alla base. Di solito vengono acquistati con la marcatura "PP".

Inoltre, per il normale controllo della temperatura, dovrebbero essere forniti semiconduttori in uscita. Sono necessari per trasferire rapidamente il calore alla piastra superiore. Per installare tutti gli elementi, dovresti usare un saldatore. Per completare l'elemento Peltier con le tue mani, collega infine due fili. Il primo è montato alla base inferiore e fissato al conduttore più esterno. Evitare il contatto con la piastra.

Successivamente, collega il secondo filo nella parte superiore. Il fissaggio viene effettuato anche sull'elemento più esterno. Per verificare la funzionalità del dispositivo, viene utilizzato un tester. Per fare ciò, è necessario collegare due fili al dispositivo. Di conseguenza, la deviazione di tensione dovrebbe essere di circa 23 V. In questa situazione, molto dipende dalla potenza del regolatore.

Frigoriferi con termistore

Come realizzare un elemento Peltier con le tue mani per un frigorifero con termistore? Rispondendo a questa domanda, è importante notare che i piatti sono selezionati esclusivamente dalla ceramica. In questo caso vengono utilizzati circa 20 conduttori. Ciò è necessario affinché la differenza di temperatura sia maggiore. Puoi aumentarlo fino al 70%. In questo caso è importante calcolare

Questo può essere fatto in base alla potenza dell'apparecchiatura. In questo caso l'ideale è un frigorifero che utilizzi freon liquido. L'elemento Peltier stesso è installato vicino all'evaporatore, che si trova accanto al motore. Per installarlo, avrai bisogno di un set standard di strumenti e guarnizioni. Sono necessari per proteggere il modello dal relè di avviamento. Pertanto, il raffreddamento della parte inferiore del dispositivo avverrà molto più velocemente.

Per ottenere una differenza di temperatura (effetto Peltier) con le tue mani, potrebbero essere necessari almeno 16 conduttori. La cosa principale è isolare in modo affidabile i cavi che verranno collegati al compressore. Per fare tutto correttamente, devi prima scollegare l'asciugatrice del frigorifero. Solo dopo è possibile connettere tutti i contatti. Una volta completata l'installazione, il limite di tensione deve essere controllato utilizzando un tester. Se l'elemento non funziona correttamente, il termostato è il primo a soffrirne. In alcuni casi si verifica

Modello per frigorifero 15 V

Puoi realizzare un frigorifero Peltier con le tue mani piccoli moduli... I moduli sono fissati principalmente vicino ai radiatori. Per fissarli in modo sicuro, gli esperti utilizzano gli angoli. L'elemento non dovrebbe appoggiarsi al filtro e questo dovrebbe essere tenuto in considerazione.

Per completare un modulo termoelettrico Peltier con le proprie mani, la piastra inferiore viene scelta principalmente in acciaio inossidabile. I conduttori, di regola, vengono utilizzati con la marcatura "PR20". Possono sopportare un carico massimo di 3 A. La deviazione massima della temperatura può raggiungere i 10 gradi. In questo caso, l'efficienza può essere del 75%.

Elementi Peltier nei frigoriferi a 24 V

Utilizzando un elemento Peltier, puoi realizzare un frigorifero con le tue mani solo da conduttori con una buona tenuta. Allo stesso tempo, devono essere impilati su tre file per il raffreddamento. La corrente operativa nel sistema deve essere mantenuta a 4 A. È possibile verificarla utilizzando un tester convenzionale.

Se si utilizzano piastre in ceramica per l'elemento, la deviazione massima della temperatura può essere raggiunta a 15 gradi. I fili del condensatore vengono installati solo dopo aver posizionato la guarnizione. Puoi fissarlo alla parete del dispositivo in diversi modi. La cosa principale in questa situazione è non usare la colla, che è sensibile a temperature superiori a 30 gradi.

Elemento Peltier per refrigeratore per auto

Per realizzare un frigorifero automatico di alta qualità con le proprie mani, viene selezionato un modulo Peltier (modulo) con una piastra il cui spessore non è superiore a 1,1 mm. È preferibile utilizzare cavi non modulari. Per il funzionamento saranno necessari anche conduttori in rame. La loro capacità deve essere almeno di 4A.

Pertanto, la deviazione massima della temperatura raggiungerà i 10 gradi, questo è considerato normale. I conduttori vengono spesso utilizzati con la marcatura "PR20". Recentemente si sono dimostrati più stabili. Sono adatti anche per vari contatti. Per collegare il dispositivo al condensatore viene utilizzato un saldatore. Un'installazione di alta qualità è possibile solo sulla guarnizione del blocco relè. Le differenze in questo caso saranno minime.

Come realizzare un elemento per un refrigeratore d'acqua potabile?

Un modulo (elemento) Peltier fai-da-te per un dispositivo di raffreddamento è abbastanza semplice. È importante selezionare solo piatti in ceramica per questo. Nel dispositivo vengono utilizzati almeno 12 conduttori, pertanto la resistenza verrà mantenuta elevata. La connessione degli elementi viene solitamente eseguita mediante saldatura. Devono essere presenti due cavi per il collegamento al dispositivo. L'elemento deve essere fissato al fondo del frigorifero. In questo caso potrebbe entrare in contatto con la cover del dispositivo. Per eliminare i casi di cortocircuito, è importante fissare tutti i cavi sulla rete o sull'alloggiamento.

Condizionatori

Il modulo Peltier (elemento) è realizzato con le proprie mani per un condizionatore d'aria solo con conduttori di classe “PR12”. Vengono scelti per questo compito soprattutto perché sopportano bene le basse temperature. Al massimo, il modello è in grado di produrre una tensione di 23 V. L'indicatore di resistenza sarà al livello di 3 ohm. La differenza di temperatura raggiunge un massimo di 10 gradi e l'efficienza è del 65%. I conduttori possono essere posati solo in una fila tra i fogli.

Produzione di generatori

Puoi creare un generatore utilizzando un modulo Peltier (elemento) con le tue mani. Le prestazioni del dispositivo aumenteranno complessivamente del 10%. Ciò è ottenuto grazie ad un maggiore raffreddamento del motore. Il dispositivo può sopportare un carico massimo di 30 A. A causa dell'elevato numero di conduttori, la resistenza può essere di 4 ohm. La deviazione della temperatura nel sistema è di circa 13 gradi. Il modulo è collegato direttamente al rotore. Per fare ciò, devi prima scollegare l'albero centrale. In molti casi lo statore non interferisce. Per evitare che l'avvolgimento del rotore si surriscaldi dall'induttore, vengono utilizzate piastre in ceramica.

Raffreddamento di una scheda video su un computer

Per raffreddare la scheda video, dovresti preparare almeno 14 conduttori. È meglio selezionare modelli in rame. Il loro coefficiente di conduttività termica è piuttosto elevato. Per collegare il dispositivo alla scheda vengono utilizzati cavi di tipo non modulare. Il modello è montato vicino al dispositivo di raffreddamento della scheda video. Per fissarlo, di solito vengono utilizzati quelli piccoli.

Per risolverli, puoi usare i normali dadi. La comparsa di rumore eccessivo durante il funzionamento indica che il dispositivo non funziona correttamente. In questo caso è necessario verificare l'integrità del cablaggio. È inoltre necessario ispezionare i conduttori.

Elemento Peltier per condizionatore d'aria

Per realizzare un elemento Peltier di alta qualità con le proprie mani per un condizionatore d'aria, vengono utilizzate piastre doppie. Il loro spessore minimo dovrebbe essere di almeno 1 mm. In questo caso, puoi sperare in una deviazione della temperatura di 15 gradi. Dopo aver equipaggiato i moduli, la prestazione dei condizionatori aumenta in media del 20%. Molto in questa situazione dipende dalla temperatura ambiente. Dovrebbe essere presa in considerazione anche la stabilità della tensione di rete. Con interferenze minime, il dispositivo può sopportare un carico di circa 4 A.

Quando si saldano i conduttori, non devono essere posizionati troppo vicini l'uno all'altro. Per completare correttamente i moduli Peltier con le proprie mani, i contatti di ingresso e uscita devono essere installati solo su una delle due piastre. In questo caso, il dispositivo sarà più compatto. Un grave errore in questa situazione sarebbe collegare il modulo direttamente all'unità. Ciò porterà a inevitabili danni all'elemento.

Installazione del modulo su un condensatore

Per installarlo da soli, è importante valutare la potenza del condensatore. Se non supera i 20 V, l'elemento deve essere montato con conduttori contrassegnati con "PR30" o "PR26". Per fissare il modulo Peltier (elemento) sul condensatore con le proprie mani, utilizzare piccoli angoli di metallo.

È meglio installarli quattro su ciascun lato. In termini di prestazioni, il condensatore alla fine può aggiungere più del 10%. Se parliamo di perdite di calore, saranno insignificanti. L'efficienza del dispositivo è in media dell'80%. I moduli non sono progettati per condensatori ad alta tensione. In questo caso, anche un gran numero di conduttori non aiuterà.