عنصر بلتيير - كيف يعمل وكيفية التحقق والاتصال

يعتمد مبدأ تشغيل عنصر بلتيير على على تأثير بلتيير، والتي تتمثل في حقيقة أنه عندما يمر تيار كهربائي مباشر عبر تقاطع موصلين مختلفين ، يتم نقل الطاقة من موصل انتقالي إلى آخر ، بينما يتم إطلاق الحرارة أو امتصاصها عند التقاطع.

ستكون كمية الحرارة المنبعثة أو الممتصة خلال هذه العملية متناسبة مع التيار ووقت تدفقه بالإضافة إلى خاصية معامل بلتيير لزوج معين من الأسلاك الملحومة. معامل بلتيير ، بدوره ، يساوي المعامل الكهروحراري للزوج مضروبًا في درجة الحرارة المطلقة للوصلة في الوقت الحالي.

ونظرًا لأن تأثير بلتيير هو الأكثر تعبيرًا في أشباه الموصلات، ثم يتم استخدام هذه الخاصية في عناصر بلتيير أشباه الموصلات الشائعة وبأسعار معقولة. على جانب واحد من عنصر بلتيير يتم امتصاص الحرارة ، ومن ناحية أخرى يتم إطلاقها. بعد ذلك ، سوف نلقي نظرة فاحصة على هذه الظاهرة.

تم اكتشاف التأثير المادي المباشر لبلتيير في عام 1834.من قبل الفيزيائي الفرنسي جان بلتيير ، وبعد أربع سنوات ، تم التحقيق في جوهر هذه الظاهرة من قبل الفيزيائي الروسي إميليوس لينز ، الذي أظهر أنه إذا كانت قضبان البزموت والأنتيمون على اتصال وثيق ، فإن الماء يقطر عند نقطة التلامس ، ثم من خلال التيار المباشر للوصلة مع اتجاه معين ، ثم إذا تحول الماء في الاتجاه الأولي للتيار إلى جليد ، ثم إذا تغير اتجاه التيار إلى العكس ، فسوف يذوب هذا الجليد بسرعة.

في تجربته ، أظهر لينز بوضوح أن حرارة بلتيير تُمتص أو تُطلق اعتمادًا على اتجاه التيار عبر التقاطع.

يوجد أدناه جدول لمعاملات بلتيير لثلاثة أزواج معدنية شهيرة. بالمناسبة ، التأثير المعاكس لتأثير بلتيير يسمى تأثير سيبيك (عند تسخين أو تبريد تقاطعات دائرة مغلقة ، كهرباء).

فلماذا يحدث تأثير بلتيير؟ والسبب هو أنه عند نقطة التلامس بين مادتين ، يوجد فرق جهد تلامس يولد مجالًا كهربائيًا ملامسًا بينهما.

إذا كان تيار كهربائي يتدفق الآن من خلال جهة الاتصال ، فسيساعد هذا الحقل إما في تدفق التيار أو يمنعه. لذلك ، إذا كان التيار موجهًا ضد متجه قوة مجال الاتصال ، فيجب أن يقوم مصدر EMF المطبق بالعمل ، ويتم إطلاق طاقة المصدر عند نقطة الاتصال ، سيؤدي ذلك إلى تسخينه.

إذا تم توجيه تيار المصدر على طول مجال التلامس ، فإنه كما كان مدعومًا بشكل إضافي بواسطة هذا المجال الكهربائي الداخلي ، وسيقوم الحقل الآن بعمل إضافي لتحريك الشحنات. يتم الآن سحب هذه الطاقة من المادة ، مما يؤدي في الواقع إلى تبريد الوصلة.

لذا ، بما أننا نعلم أن أزواج أشباه الموصلات تُستخدم في عناصر بلتيير ، فما العملية المستخدمة في أشباه الموصلات؟

الأمر بسيط ، وتختلف أشباه الموصلات في مستويات طاقة الإلكترونات في نطاق التوصيل. عندما يمر إلكترون عبر تقاطع هذه المواد ، يكتسب الإلكترون طاقة بحيث يمكنه الانتقال إلى نطاق توصيل طاقة أعلى لزوج آخر من أشباه الموصلات.

عندما يمتص الإلكترون هذه الطاقة ، تبرد نقطة تلامس أشباه الموصلات ، وعندما يتدفق التيار في الاتجاه المعاكس ، ترتفع درجة حرارة نقطة تلامس أشباه الموصلات ، بالإضافة إلى حرارة الجول المعتادة. إذا تم استخدام المعادن النقية بدلاً من أشباه الموصلات في خلايا بلتيير ، فسيكون التأثير الحراري صغيرًا جدًا بحيث يتجاوزه التسخين الأومي بشكل كبير.

في محول بلتيير حقيقي ، مثل TEC1-12706 ، يتم تركيب عدة سطوح متوازية من تيلورايد البزموت ومحلول صلب من السيليكون والجرمانيوم بين ركيزتين من السيراميك ، ملحومين معًا في دائرة متسلسلة. هذه الأزواج من أشباه الموصلات من النوع n و p متصلة بواسطة وصلات توصيل متصلة مع ركائز السيراميك.

كل زوج من أشباه الموصلات الصغيرة المتوازية تشكل جهة اتصال لتمرير التيار من أشباه الموصلات من النوع n إلى أشباه الموصلات من النوع p على جانب واحد من محول Peltier ، ومن أشباه الموصلات من النوع p إلى أشباه الموصلات من النوع n على الجانب الآخر من المحول.

عندما يتدفق التيار عبر كل هذه الخطوط المتوازية المتصلة بالسلسلة ، إذن ، من ناحية ، يتم تبريد جميع جهات الاتصال فقط ، ومن ناحية أخرى ، يتم تسخينها جميعًا فقط. إذا تغيرت قطبية المصدر ، فستغير الجوانب الأدوار.

وفقًا لهذا المبدأ ، يعمل عنصر بلتيير ، أو كما يُطلق عليه أيضًا ، محول بلتيير الكهروحراري ، حيث يتم أخذ الحرارة من جانب واحد من المنتج ونقلها إلى الجانب الآخر ، بينما يتم إنشاء اختلاف في درجة الحرارة على جانبي العنصر.

من الممكن أيضًا زيادة تبريد جانب التسخين لعنصر بلتيير باستخدام غرفة التبريد بمروحة ، ثم تكون درجة حرارة الجانب البارد أقل. في خلايا بلتيير المتوفرة على نطاق واسع ، يمكن أن يصل فرق درجة الحرارة إلى حوالي 69 درجة مئوية.

للتحقق من صحة عنصر بلتيير ، يكفي استخدام بطارية من نوع الإصبع. السلك الأحمر للخلية متصل بالطرف الموجب لمصدر الطاقة ، السلك الأسود بالسالب. إذا كان العنصر يعمل بشكل صحيح ، فسيحدث التسخين من جانب ، والتبريد من الجانب الآخر ، يمكنك الشعور به. اصابعك. تقع مقاومة عنصر بلتيير التقليدي في منطقة بضعة أوم.