Описание элемента Пельтье

Сегодня на рынке приобретает популярность новый товар — элемент Пельтье (Пельтие). Отличается он тем, что не только вырабатывает тепло, но и охлаждает поверхность. В промышленности в основном используется для создания сумок-холодильников. Множество самоделок, полезных для дома, создается и энтузиастами.

Что это такое

Термоэлектрическое явление, которое было открыто в 1834 г. ученым Ж. Пельтье, в современном мире получило огромное распространение. Оно заключается в том, что в проводниках из отличимых друг от друга по физическим свойствам материалах при протекании через них электрического тока в области их расположения происходит выделение или, наоборот, поглощение тепловой энергии.

На этом явлении и основан элемент Пельтье. Он представляет собой пластину из полупроводникового материала, к которой подключаются два проводника. При пропускании тока по ним с одной стороны пластины начинает выделяться тепловая энергия, а с другой стороны она поглощается, что вызывает охлаждение.

Параметры элемента

Данное устройство имеет несколько характеристик, влияющих на его работоспособность:

• производительность холода. Зависит от максимально допустимой величины тока и разницы температур. Измеряется в ваттах;
• интервал температур (перепад) — разница между температурой охлаждаемой и нагреваемой пластины. Измерение производится в градусах;
• максимальная величина силы тока, который можно подключить для максимального нагрева/охлаждения;
• предельный максимум напряжения — значение, которое максимально допустимо для создания самого большого перепада температуры;
• сопротивление элемента. Измеряют этот показатель в омах, используют для расчетов схем и каскадов;
• коэффициент эффективности. По сути эта характеристики представляет собой КПД. У дешевых вариантов составляет примерно 0,3, у более дорогих — до 0,5.

Как работает модуль

Принцип работы модуля основан на физическом явлении, которое заключается в изменении кинетической энергии электронов. Электрический ток представляет собой поток электронов, движущихся с определенной скоростью.

При движении по медным полупроводникам от одного до другого эти частицы проходят различные разности потенциалов, что замедляет или ускоряет их, то есть изменяет скорость.

Благодаря этому термоэлектрический охладитель Пельтье применение нашел во многих областях:

• как охладитель в переносных холодильных камерах. Он идеален для этого за счет своей компактности и простоты. Но мобильным холодильникам модуль проигрывает в производительности;
• как генератор электрического тока. При нагревании и охлаждении с разных сторон элемента происходит обратный процесс, он начинает вырабатывать ток. Однако использовать для этого можно только специальные элементы с термостойким припоем внутри;
• охлаждение процессора. Для этой роли он подходит не очень: при низкой загруженности процессора охладится до точки росы и выпадет конденсат. Это однозначно вызовет поломку;
• применение в кондиционерах и кулерах. Низкая производительность требует больших затрат энергии для этой работы.

Конструкция элемента

Элемент состоит из двух керамических пластин, которые служат для изоляции двух проводников, подводящих напряжение и закрепленных соединенными последовательно полупроводниками-термопарами.

На схеме указаны основные элемента:

• А — места для подключения к источникам напряжения;
• В — нагреваемая часть элемента;
• С — охлаждаемая часть;
• D — проводники (обычно выполняемые из меди);
• E — полупроводниковый элемента (p-типа);
• F — полупроводниковый элемент (n-тип).

Как сделать элемент Пельтье своими руками

Чтобы собрать элемент Пельтье самостоятельно, нужно взять:

• две пластины из керамики;
• проводники, желательно сделанные из меди;
• полупроводниковые приборы n-p и p-n.

Полупроводники помещаются в один ряд между двумя керамическими пластинами. Один медный проводник крепится на верхнюю поверхность, другой — на нижнюю. Пластины скрепляются между собой. Далее можно проводить испытания.

Как проверить на работоспособность

При покупке и использовании может возникнуть вопрос, как проверить элемент Пельтье на работоспособность. Самый простой способ проверки — подключить термоэлемент к источнику напряжения и проверить обе его стороны рукой. Одна сторона должна быть холодной, а вторая начать нагреваться.

Если нет возможности использовать источник тока, от которого можно было бы осуществить питание элемента, то придется пойти от обратного. Для этого нужно иметь под рукой мультиметр и источник огня (лучше всего зажигалку). Выводы мультиметра необходимо подключить к проводам от элемента. После этого по одной из сторон нужно провести зажигалкой.

Элемент Пельтье может использоваться во многих сферах деятельности обычного человека. Сделать качественный и эффективный элемент самостоятельно в домашних условиях достаточно сложно. Проще купить готовый в магазине и уже из него сооружать множество полезных конструкций дома.