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Einführung

Der Peltier-Effekt ist ein thermoelektrisches Phänomen, bei dem Wärme freigesetzt oder absorbiert wird, wenn ein elektrischer Strom am Kontaktpunkt (Verbindungspunkt) zweier unterschiedlicher Leiter fließt.

Der Seebeck-Effekt ist das Phänomen des Auftretens von EMF in einem geschlossenen Stromkreis, der aus in Reihe geschalteten unterschiedlichen Leitern besteht, deren Kontakte unterschiedliche Temperaturen haben.

Beide Effekte wurden im 19. Jahrhundert entdeckt: J. Peltier im Jahr 1834, das Wesen des Phänomens wurde einige Jahre später erforscht – 1838 von Lenz, der ein Experiment durchführte, bei dem er einen Wassertropfen in eine Vertiefung legte die Verbindung zweier Stäbe aus Wismut und Antimon. T. I. Seebeck entdeckte 1821 den gleichnamigen Effekt. 1822 veröffentlichte er die Ergebnisse seiner Experimente in dem in den Berichten veröffentlichten Artikel „Zur Frage der magnetischen Polarisation bestimmter Metalle und Erze unter Bedingungen von Temperaturunterschieden“. der Preußischen Akademie der Wissenschaften

Dieses Thema interessierte mich, weil im 19. Jahrhundert erfundene Elemente immer noch effektiv in modernen Geräten eingesetzt werden. Obwohl in jedem Einzelfall ein Element mit den erforderlichen Parametern ausgewählt wird, deuten Theorie und Quellen darauf hin, dass die Elemente austauschbar sind. Ob das stimmt oder nicht, wollen wir in unserer Studie überprüfen.

Formulierung des Problems:

Beide Effekte (der Peltier-Effekt und der Seebeck-Effekt) sind in der modernen Technik weit verbreitet und die Funktionsweise der auf ihnen basierenden Elemente kann im Rahmen eines Schulphysikunterrichts verstanden werden. Mittlerweile werden diese Effekte im schulischen Physikunterricht nicht erwähnt. Diese Arbeit hat neben ihrer anwendungsbezogenen Bedeutung auch einen wichtigen methodischen Aspekt, der mit der Einbeziehung einer Beschreibung verschiedener wissenschaftlicher Leistungen in den Schulunterricht verbunden ist.

Forschungshypothese: Es gibt Unterschiede bei der Verwendung direkter und inverser Peltier- und Seebeck-Effekte.

Zweck der Studie: Identifizierung der charakteristischen Merkmale des Peltier-Effekts und des Seebeck-Effekts bei Verwendung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung.

Forschungsschwerpunkte:

Studieren Sie die Geschichte der Entdeckung des Peltier-Effekts und des Seebeck-Effekts.

Untersuchung der Merkmale des direkten und inversen Peltier-Effekts, des direkten und inversen Seebeck-Effekts.

Erstellen Sie einen Aufbau zur Durchführung des Experiments.

Führen Sie eine Reihe von Experimenten durch, um die Hypothese zu testen.

Analysieren Sie die Ergebnisse des Experiments und ziehen Sie eine Schlussfolgerung, ob die Hypothese bestätigt wurde oder nicht.

Studienobjekt: Peltier-Element und Seebeck-Element.

Gegenstand der Studie: Merkmale des direkten und inversen Effekts des Peltier-Effekts und des direkten und inversen Seebeck-Effekts.

Forschungsmethoden

Die folgenden Methoden wurden in der Studie verwendet:

1. Theoretisch:

Analyse von Informationsquellen zur Geschichte der Entdeckung der in der Arbeit berücksichtigten Peltier- und Seebeck-Effekte,

Analyse von Informationen über das Funktionsprinzip von Peltier- und Seebeck-Elementen,

Analyse der erhaltenen experimentellen Daten.

Unvollständige Induktion: Formulieren einer Schlussfolgerung auf der Grundlage von Daten, die nicht alle Aspekte und möglichen Kombinationen von Merkmalen der untersuchten Objekte abdecken.

2. Empirisch:

Durchführung einer Reihe von Experimenten, um eine Hypothese zu testen.

Diese Forschung wird angewendet. Die Ergebnisse der Studie werden eine Antwort auf die Wirksamkeit der Austauschbarkeit von Peltier- und Seebeck-Elementen liefern.

Quellenanalyse

Bei der Beschreibung der untersuchten Effekte erwähnen alle Quellen, dass es „den Peltier-Effekt und seinen umgekehrten Effekt, den sogenannten Seebeck-Effekt“ gibt, während der umgekehrte Seebeck-Effekt nicht erwähnt wird. In dieser Arbeit werden wir nicht nur den direkten und inversen Peltier-Effekt entdecken und den inversen Peltier-Effekt mit dem direkten Seebeck-Effekt vergleichen, sondern auch die Existenz des inversen Seebeck-Effekts testen.

Die Relevanz des untersuchten Themas zeigt sich in der Aufmerksamkeit, die ausländische Lehrbücher der Untersuchung dieser Effekte widmen. Sie beschreiben die betrachteten Wirkungen nicht nur, sondern erläutern sie auch und gehen auch auf ihre Anwendung ein.

Auf der Website des russischen Herstellers von Bildungsgeräten, 3B Scientific LLC, wird eine Laborinstallation „Seebeck-Effekt“ im Wert von 229.873,00 RUB angeboten. , dem eine methodische Weiterentwicklung beigefügt ist. Nach dem Studium kamen wir zu dem Schluss, dass ein solches Experiment mit Geräten durchgeführt werden kann, die keine so hohen Kosten erfordern.

Hauptbestandteil des Pelte-Effekts

Der Peltier-Effekt ist ein thermoelektrisches Phänomen der Energieübertragung beim Durchgang von elektrischem Strom am Kontaktpunkt (Verbindungspunkt) zweier unterschiedlicher Leiter von einem Leiter zum anderen. Es ist ebenfalls der umgekehrte Effekt des Seebeck-Effekts, kann aber auch dessen Funktionen erfüllen.

Wenn eine Seite erhitzt und die andere Seite gekühlt wird, kann dieses Element Strom erzeugen. Und auch dieses Element hat den gegenteiligen Effekt, das heißt, wenn dieses Element an Strom angeschlossen wird, kühlt eine Seite ab und die andere erwärmt sich.

Der Grund für das Peltier-Phänomen ist wie folgt. Beim Kontakt zweier Stoffe entsteht eine Kontaktpotentialdifferenz, die ein inneres Kontaktfeld erzeugt. Fließt ein elektrischer Strom durch einen Kontakt, dann erleichtert dieses Feld den Stromdurchgang oder behindert ihn. Fließt der Strom gegen das Kontaktfeld, muss die externe Quelle zusätzliche Energie aufwenden, die im Kontakt freigesetzt wird und zu dessen Erwärmung führt. Fließt der Strom in Richtung des Kontaktfeldes, kann er von diesem Feld unterstützt werden, das die Ladungsbewegung übernimmt. Die hierfür notwendige Energie wird dem Stoff entzogen, was zu seiner Abkühlung an der Kontaktstelle führt.

Seebeck-Effekt

Der Seebeck-Effekt ist das Phänomen des Auftretens von EMF in einem geschlossenen Stromkreis, der aus in Reihe geschalteten unterschiedlichen Leitern besteht, deren Kontakte unterschiedliche Temperaturen haben.

Herrscht entlang des Leiters ein Temperaturgradient, so erreichen die Elektronen am heißen Ende höhere Energien und Geschwindigkeiten als am kalten Ende; In Halbleitern steigt außerdem die Konzentration der Leitungselektronen mit der Temperatur. Das Ergebnis ist ein Elektronenfluss vom heißen Ende zum kalten Ende. Am kalten Ende sammelt sich eine negative Ladung an, am heißen Ende verbleibt eine unkompensierte positive Ladung. Der Prozess der Ladungsakkumulation setzt sich fort, bis die resultierende Potentialdifferenz einen Elektronenfluss in die entgegengesetzte Richtung, gleich der Primärrichtung, verursacht, wodurch ein Gleichgewicht hergestellt wird.

Die EMK, deren Auftreten durch diesen Mechanismus beschrieben wird, wird als volumetrische EMK bezeichnet.

Merkmale von Peltier- und Seebeck-Elementen

Das Hauptmerkmal dieser Elemente besteht darin, dass das Peltier-Element den gegenteiligen Effekt hat, das Seebeck-Element jedoch nicht. Und das, obwohl der gegenteilige Effekt des Peltier-Elements der Effekt des Seebeck-Elements ist.

Infolgedessen hat der Seebeck-Effekt in verschiedenen Bereichen breite Anwendung gefunden.

Das Peltier-Element ist das genaue Gegenteil von Geräten, die auf dem Seebeck-Effekt basieren. In diesem Fall hingegen entsteht unter dem Einfluss von elektrischem Strom an den Arbeitsbereichen der Struktur ein Temperaturunterschied. So wird mit Hilfe von elektrischem Strom Wärme von einem Thermoelement auf ein anderes übertragen. Wenn sich die Stromrichtung ändert, nimmt die beheizte Seite den entgegengesetzten Zustand ein.

Dieser Effekt tritt bei zwei unterschiedlichen Leitern mit gleicher Leitfähigkeit auf. In jedem von ihnen haben die Elektronen einen anderen Energiewert und sie befinden sich in sehr geringem Abstand voneinander. Dadurch werden Ladungen von einem Medium auf ein anderes übertragen und Elektronen mit höherer Energie vor dem Hintergrund niedriger Niveaus geben überschüssige Energie an das Kristallgitter ab, was zu einer Erwärmung führt. Fehlt dagegen Energie, wird diese aus dem Kristallgitter übertragen, was zu einer Abkühlung der Verbindungsstelle führt.

Anwendung des Peltier-Effekts und des Seebeck-Effekts

Die untersuchten Effekte werden zur Herstellung von Wärmesensoren und thermoelektrischen Generatoren genutzt und auch in Computern zur Verbesserung der Prozessorkühlung eingesetzt.

Derzeit wird der Seebeck-Effekt in integrierten Sensoren angewendet, bei denen entsprechende Materialpaare auf der Oberfläche von Halbleitersubstraten abgeschieden werden. Ein Beispiel für solche Sensoren ist ein Thermoelement zur Erfassung von Wärmestrahlung. Da Silizium einen relativ großen Seebeck-Koeffizienten hat, werden auf seiner Basis hochempfindliche thermoelektrische Detektoren hergestellt.

Eine der wesentlichen Einschränkungen, die sich bei der Verwendung eines thermoelektrischen Wandlers ergeben, ist der niedrige Effizienzkoeffizient – ​​3-8 %. Wenn es jedoch nicht möglich ist, Standardstromleitungen zu installieren, und die Belastung des Netzes voraussichtlich gering sein wird, ist der Einsatz thermoelektrischer Generatoren durchaus gerechtfertigt. Tatsächlich können Geräte, die auf dem Seebeck-Effekt basieren, in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt werden:

1. Energieversorgung für die Raumfahrttechnik;

2. Stromversorgung für Gas- und Ölgeräte;

3. Haushaltsgeneratoren;

4. Marinenavigationssysteme;

5. Heizsysteme;

6. Betrieb der Fahrzeugabwärme;

7. Solarenergiewandler;

8. Konverter von Wärme, die aus natürlichen Quellen erzeugt wird (z. B. geothermisches Wasser).

Der Peltier-Effekt wird in zwei Situationen genutzt: wenn es notwendig ist, der Verbindungsstelle von Materialien entweder Wärme zuzuführen oder diese abzuführen, was durch eine Änderung der Stromrichtung geschieht. Diese Eigenschaft findet ihre Anwendung in Geräten, in denen eine präzise Temperaturregelung erforderlich ist. Peltier-Elemente werden in Situationen eingesetzt, in denen eine Kühlung mit einem kleinen Temperaturunterschied erforderlich ist oder die Energieeffizienz des Kühlers keine Rolle spielt. Beispielsweise werden Peltier-Elemente in Kleinwagenkühlschränken eingesetzt, da der Einsatz eines Kompressors in diesem Fall aufgrund der begrenzten Abmessungen nicht möglich ist und zudem die erforderliche Kühlleistung gering ist.

Darüber hinaus werden Peltier-Elemente zur Kühlung ladungsgekoppelter Geräte in Digitalkameras eingesetzt. Dadurch wird eine spürbare Reduzierung des thermischen Rauschens bei Langzeitbelichtungen (zum Beispiel in der Astrofotografie) erreicht. Zur Kühlung von Strahlungsempfängern in Infrarotsensoren werden mehrstufige Peltier-Elemente eingesetzt.

Häufig kommen auch Peltier-Elemente zum Einsatz:

1. Zur Kühlung und Temperaturregelung von Diodenlasern zur Stabilisierung der Strahlungswellenlänge;

2. In der Computertechnologie;

3. In radioelektrischen Geräten;

4. In medizinischen und pharmazeutischen Geräten;

5. In Haushaltsgeräten;

6. In Klimageräten;

7. In Thermostaten;

8. In optischen Geräten;

9. Um den Kristallisationsprozess zu kontrollieren;

10. Als Vorwärmer für Heizzwecke;

11. Zum Kühlen von Getränken;

12. In Labor- und wissenschaftlichen Instrumenten;

13. In Eismaschinen;

14. In Klimaanlagen;

15. Um Strom zu erzeugen;

16. In elektronischen Wasserdurchflussmessern.

Natürlich sind Peltier-Kühlgeräte kaum für den Masseneinsatz geeignet. Sie sind recht teuer und erfordern eine ordnungsgemäße Bedienung. Heute ist es eher ein Werkzeug für Prozessorübertakter. Wenn es jedoch darum geht, Prozessoren stark zu kühlen, sind Peltier-Kühler die effektivsten Geräte.

Es gibt Berichte über Experimente zur direkten Einbettung von Miniatur-Peltier-Modulen in Prozessorchips, um deren kritischste Strukturen zu kühlen. Diese Lösung fördert eine bessere Kühlung durch Reduzierung des Wärmewiderstands und kann die Betriebsfrequenz und Leistung von Prozessoren deutlich steigern.

Viele Forschungslabore arbeiten an der Verbesserung von Systemen zur Gewährleistung optimaler Temperaturbedingungen für elektronische Elemente. Und Kühlsysteme mit thermoelektrischen Peltier-Modulen gelten als äußerst vielversprechend.

Beschreibung des Versuchsaufbaus

Zur Durchführung des Experiments wurde ein Aufbau erstellt, um die notwendigen Daten zu erhalten.

Um den Wärmeaustausch mit der Umgebung zu reduzieren, muss ein Thermostat eingebaut werden. In der Versuchsanlage wurde dies mit Hilfe der beim Bau eingesetzten Wärmedämmstoffe erreicht, indem zwei Bäder geschaffen wurden, die einmal durch Peltier-Elemente, das andere Mal durch ein Seebeck-Element getrennt waren. Als Bad dienten wasserdichte Saftboxen. Die Abdichtung der Elemente erfolgte mit einer Klebepistole.

Zur Durchführung des Experiments wurden Peltier- und Seebeck-Elemente mit ähnlichen Eigenschaften ausgewählt: Betriebsspannung und Leistung.

Als Messgeräte zur Temperaturerfassung dienten Multimeter.

Der Spannungswert wurde ebenfalls mit einem Multimeter oder Voltmeter gemessen.

Versuchsdurchführung

Je nach untersuchtem Element wurde entweder Wasser unterschiedlicher Temperatur in verschiedene Abschnitte des Bades gegossen (direkter Seebeck-Effekt und inverser Peltier-Effekt) oder Wasser gleicher Temperatur, um den direkten Peltier-Effekt und den inversen Seebeck-Effekt festzustellen.

Die Messwerte der Temperatursensoren wurden in eine Tabelle (Anhang 1) eingetragen, auf deren Grundlage Spannungs-Temperatur-Diagramme erstellt wurden.

Jedes Experiment wurde 7–10 Minuten lang durchgeführt.

Versuchsergebnisse

Basierend auf den in vier Experimenten gewonnenen Daten wurden Diagramme erstellt

Während des Experiments werden für die entsprechenden Elemente der direkte Seebeck-Effekt und der inverse Peltier-Effekt beobachtet, deren Spannungswerte ungefähr gleich sind. Wie aus der Grafik ersichtlich ist, ist die Abhängigkeit der Spannung am Element von der Differenz der Oberflächentemperaturen ähnlich. Der Bedeutungsunterschied ist auf die unterschiedlichen Eigenschaften der Objekte zurückzuführen.

Vergleich des direkten Peltier-Effekts und des inversen Seebeck-Effekts

Umgekehrter Seebeck-Effekt

Wie aus der Grafik hervorgeht, können wir unter Berücksichtigung der mit den Konstruktionsmerkmalen des Geräts verbundenen Fehler (in der Anleitung angegeben) davon ausgehen, dass sich die Temperatur während des Experiments nicht geändert hat, was darauf hindeutet, dass der umgekehrte Seebeck-Effekt nicht der Fall war verzeichnet.

Dies lässt sich anhand der Grafik unter Hinzufügung einer Trendlinie beurteilen

Direkter Peltier-Effekt

Das Experiment bestätigte das Vorhandensein des direkten Peltier-Effekts: In einem Teil des Bades stieg die Temperatur, im anderen sank sie.

Eine ähnliche Schlussfolgerung ergibt sich aus der Analyse der Änderungen der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten des Peltier-Elements.

Abschluss:

Das Peltier-Element hat sowohl direkte als auch umgekehrte Wirkungen. Das Seebeck-Element ist nur in Vorwärtsrichtung einsetzbar.

ABSCHLUSS

Bei der Arbeit an der Studie wurden auf der Grundlage verfügbarer Quellen die Geschichte und Merkmale des direkten und inversen Peltier-Effekts sowie des direkten und inversen Seebeck-Effekts untersucht.

Die Schaffung einer effektiven Installation ermöglichte es, die geplanten Experimente qualitativ hochwertig durchzuführen und die aufgestellte Hypothese zu bestätigen.

Die Studie enthüllte die charakteristischen Merkmale des Peltier-Effekts und des Seebeck-Effekts bei Verwendung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung.

Die Annahme über das Fehlen des umgekehrten Seebeck-Effekts wurde vollständig bestätigt. Basierend auf dieser Aussage ist zu bedenken, dass Elemente wie die Peltier- und Seebeck-Elemente bei bestimmungsgemäßer Verwendung wirksamer sind, obwohl es möglich ist, den direkten Seebeck-Effekt und den umgekehrten Peltier-Effekt zu nutzen. Auch wenn es strukturelle Ähnlichkeiten gibt, muss man, um der Technologie zu entsprechen, mit einer bestimmten Wirkung arbeiten.

Nach einer detaillierten Untersuchung des Peltier-Effekts können wir schlussfolgern: Obwohl die Nutzung des Peltier-Effekts zusätzliche Maßnahmen und Forschung erfordert, um den sicheren und rationellen Einsatz von Peltier-Modulen als Kühlgeräte zu untersuchen, ist dieses Phänomen äußerst vielversprechend.

LISTE DER VERWENDETEN REFERENZEN

1. Landau L.D., Lifshits E.M. Theoretische Physik: Lehrbuch. Handbuch: Für Universitäten. Im 10. Bd. T. VIII. Elektrodynamik kontinuierlicher Medien. - 4. Aufl., stereot.-m.: Fizmatlit, 2000. - 656 S.

2. Narkevich I.I. Physik: Lehrbuch/ I.I. Narkevich, E.I. Vomlyansky, S.I. Öffentlich. - Mn.: Neues Wissen, 2004. - 680 S.

3. Rowell G., Herbert S. Physik / Übers. aus dem Englischen bearbeitet von V.G. Rasumowski. - M.: Bildung, 1994. - 576 S.: Abb.

4. Sivukhin S.D. Allgemeiner Kurs der Physik. - M.: Nauka, 1977. - T.3. Elektrizität.- S.490-494.

5.. Physik: Enzyklopädie./ Unter. Ed. Yu.V. Prochorowa. - M.: Große russische Enzyklopädie, 2003. - 944 S.: Abb., 2 S. Farbe

6. Physical Encyclopedia, Bd. 5. Stroboskopische Geräte – Helligkeit / Kap. Hrsg. BIN. Prochorow. Ed. Kol.: D.M. Baldin, Große Russische Enzyklopädie, 1998. - 760 S.

7. Vladimir Lank, Miroslav Vondra. Fizika v kocke. - Tschechische Republik: FRAGMENT, 2000. - 120 S. Lehrbuch für die weiterführende Schule, Slowakische Republik.

8. Tsokos K.A. Physik für das IB-Diplom. Fünfte Ausgabe. - Großbritannien: Cambridge University Press, 2004. - 850 S. Lehrbuch für das International Baccalaureate Program

9. Website der Firma 3bscientific. [elektronische Ressource]// https://www.3bscientific.ru/laboratory-installation-seebeck-effect-8000731-ue6020500-230,p_1440_28886.html (Zugriffsdatum: 18. Februar 2018)

Anhang 1. Experimentelle Ergebnisse

Experiment 1. Direkter Seebeck-Effekt

Zeit t, s			Temperaturunterschied Δ t, o C	Spannung U, V

Experiment 2. Umgekehrter Peltier-Effekt

Zeit t, s	Kaltwassertemperatur tx, o C	Warmwassertemperatur t g, o C	Temperaturunterschied Δ t, o C	Spannung U, V

Experiment 3: Umgekehrter Seebeck-Effekt

Zeit t, s	Kaltwassertemperatur tx, o C	Warmwassertemperatur t g, o C	Temperaturunterschied Δ t, o C	Stromspannung

Experiment 4. Direkter Peltier-Effekt

Zeit t, s	Kaltwassertemperatur tx, o C	Warmwassertemperatur t g, o C	Temperaturunterschied Δ t, o C	Spannung U, V

Anhang 2. Foto der Installation

Peltier-Elemente sind spezielle thermoelektrische Wandler, die nach dem Peltier-Prinzip arbeiten. (Bildung einer Temperaturdifferenz bei Anschluss von elektrischem Strom, also einer thermoelektrischen Kühlbox).

Es ist kein Geheimnis, dass elektronische Geräte im Betrieb heiß werden. Die Erwärmung wirkt sich negativ auf den Arbeitsprozess aus. Um die Geräte irgendwie zu kühlen, sind daher spezielle Elemente in den Gerätekörper eingebaut, die nach dem Erfinder aus Frankreich benannt sind – Peltier. Dabei handelt es sich um ein kleines Element, das Funkkomponenten auf Geräteplatinen kühlen kann. Der Selbsteinbau bereitet keine Probleme, der Einbau in den Stromkreis erfolgt mit einem normalen Lötkolben.

1 – Keramikisolator
2 - n-Leiter
3 - p-Leiter
4 - Kupferleiter

Da sich in der Frühzeit niemand für Kühlthemen interessierte, blieb diese Erfindung ungenutzt. Zwei Jahrhunderte später, als elektronische Geräte im Alltag und in der Industrie eingesetzt wurden, begann man mit der Verwendung von Miniatur-Peltier-Elementen, die an die Wirkung des französischen Erfinders erinnern.

Funktionsprinzip

Um zu verstehen, wie ein auf Peltiers Erfindung basierendes Element funktioniert, ist es notwendig, die physikalischen Prozesse zu verstehen. Der Effekt besteht darin, zwei Materialien mit leitfähigen Eigenschaften zu kombinieren, die im Leitungsbereich unterschiedliche Elektronenenergien aufweisen. Wenn ein elektrischer Strom an die Kopplungszone angeschlossen wird, erhalten Elektronen hohe Energie, um sich in die Zone mit höherer Leitfähigkeit des zweiten Halbleiters zu bewegen. Wenn Energie absorbiert wird, kühlen die Leiter ab. Wenn der Strom in die entgegengesetzte Richtung fließt, tritt der übliche Effekt der Erwärmung des Kontakts auf.

Alle Arbeiten werden auf der Ebene des Atomgitters des Materials durchgeführt. Um die Arbeit besser zu verstehen, stellen wir uns ein Gas vor, das aus Teilchen – Phononen – besteht. Die Gastemperatur hängt von den Parametern ab:

• Eigenschaften von Metall.
• Umgebungstemperaturen.

Wir gehen davon aus, dass das Metall aus einer Mischung von Elektronen- und Phononengasen besteht, die sich im thermodynamischen Gleichgewicht befindet. Wenn sich zwei Metalle unterschiedlicher Temperatur berühren, wandert das kalte Elektronengas in das warme Metall. Es entsteht eine Potentialdifferenz.

An der Kontaktstelle absorbieren Elektronen Phononenenergie und übertragen sie auf das andere Metall zu Phononen. Beim Umpolen der Stromquelle wird der gesamte Vorgang umgekehrt. Der Temperaturunterschied wird größer, bis freie Elektronen mit hohem Potential verfügbar sind. Fehlen sie, kommt es zu einem Temperaturausgleich in den Metallen.

Wenn Sie auf einer Seite der Peltier-Platte einen hochwertigen Kühlkörper in Form eines Strahlers installieren, erzeugt die zweite Seite der Platte eine niedrigere Temperatur. Es wird mehrere Dutzend Grad niedriger sein als die Umgebungsluft. Je höher der aktuelle Wert, desto stärker ist die Abkühlung. Wenn die Polarität des Stroms umgekehrt wird, tauschen die kalte und die warme Seite miteinander aus.

Beim Anschluss eines Peltier-Elements an Metall wird der Effekt unbedeutend, sodass praktisch zwei Elemente verbaut werden. Ihre Anzahl kann beliebig sein, es hängt vom Bedarf an Kühlleistung ab.

Die Wirksamkeit des Peltier-Effekts hängt davon ab, wie genau die Eigenschaften der Metalle ausgewählt werden, wie stark der durch das Gerät fließende Strom ist und wie schnell die Wärme abgeführt wird.

Anwendungsbereich

Um das Peltier-Element praktisch anzuwenden, führten Wissenschaftler mehrere Experimente durch, die zeigten, dass eine Erhöhung der Wärmeabfuhr durch eine Erhöhung der Anzahl der Verbindungen zweier Materialien erreicht wird. Je größer die Anzahl der Materialverbindungen ist, desto größer ist der Effekt. In unserem Leben wird ein solches Element häufiger verwendet, um elektronische Geräte zu kühlen und die Temperatur in Mikroschaltungen zu senken.

Hier sind einige ihrer Verwendungsmöglichkeiten:

• Nachtsichtgeräte.
• Digitalkameras, Kommunikationsgeräte und Mikroschaltungen, die für eine bessere Bildwirkung eine hochwertige Kühlung erfordern.
• Gekühlte Teleskope.
• Klimaanlagen.
• Präzise Taktkühlsysteme für elektrische Quarzoszillatoren.
• Kühlschränke.
• Wasserkühler.
• Autokühlschränke.
• Grafikkarten.

Peltier-Elemente werden häufig in Kühl- und Klimaanlagen eingesetzt. Es ist möglich, relativ niedrige Temperaturen zu erreichen, was die Möglichkeit eröffnet, zur Kühlung von Geräten mit erhöhter Erwärmung eingesetzt zu werden.

Derzeit verwenden Experten Peltier-Elemente in akustischen Systemen, die als Kühler fungieren. Peltier-Elemente erzeugen keine Geräusche, daher ist Geräuschlosigkeit einer ihrer Vorteile. Diese Technologie erfreut sich aufgrund ihrer starken Wärmeübertragung großer Beliebtheit. Mit moderner Technologie hergestellte Elemente haben eine kompakte Größe und Kühlradiatoren halten eine bestimmte Temperatur über einen langen Zeitraum aufrecht.

Der Vorteil der Elemente ist ihre lange Lebensdauer, da sie in Form eines monolithischen Körpers gefertigt sind, sind Fehlfunktionen unwahrscheinlich. Das einfache Design des üblichen, weit verbreiteten Typs ist einfach und besteht aus zwei Kupferdrähten mit Anschlüssen und Drähten sowie einer Keramikisolierung.

Dies ist eine kleine Liste von Einsatzorten. Es wird auf Haushaltsgeräte, Computer und Autos ausgeweitet. Hervorzuheben ist der Einsatz von Peltier-Elementen bei der Kühlung von Mikroprozessoren mit hoher Leistung. Bisher waren in ihnen nur Lüfter verbaut. Durch den Einbau eines Moduls mit Peltier-Elementen ist nun die Geräuschentwicklung der Geräte deutlich zurückgegangen.

Werden sich die Kühlkreisläufe in herkömmlichen Kühlschränken auf Kreisläufe mit Peltier-Effekt umstellen? Dies ist heute kaum noch möglich, da die Elemente einen geringen Wirkungsgrad haben. Auch ihre Kosten lassen den Einsatz in Kühlschränken nicht zu, da sie recht hoch sind. Wie sich diese Richtung weiterentwickeln wird, wird die Zukunft zeigen. Heutzutage werden Experimente mit festen Lösungen durchgeführt, die in Struktur und Eigenschaften ähnlich sind. Bei deren Einsatz kann der Preis des Kühlmoduls sinken.

Umgekehrter Effekt von Peltier-Elementen

Technologie dieser Art weist eine Funktion mit interessanten Fakten auf. Dies ist der Effekt der Erzeugung von elektrischem Strom durch Kühlen und Erhitzen der Peltier-Modulplatte. Mit anderen Worten, es dient als Generator elektrischer Energie mit dem gegenteiligen Effekt.

Rein theoretisch gibt es solche Stromerzeuger noch, wir können jedoch auf die zukünftige Entwicklung dieser Richtung hoffen. Der französische Erfinder fand einst keine Anwendung für seine Entdeckung.

Heutzutage wird dieser thermoelektrische Effekt häufig in der Elektronik genutzt. Der Anwendungsbereich erweitert sich ständig, was durch Berichte und Erfahrungen von Forschern und Wissenschaftlern bestätigt wird. Zukünftig werden Haushalts- und Elektrogeräte über fortschrittliche Innovationsfähigkeiten verfügen. Kühlschränke werden leiser, genau wie Computer. Mittlerweile werden Peltier-Module in verschiedenen Kreisläufen montiert, um Funkkomponenten zu kühlen.

Vorteile und Nachteile

Zu den Vorteilen von Peltier-Elementen zählen folgende Fakten:

• Das kompakte Gehäuse der Elemente ermöglicht die Montage auf einer Platine mit Funkkomponenten.
• Es gibt keine beweglichen oder reibenden Teile, was die Lebensdauer erhöht.
• Ermöglicht die Verbindung vieler Elemente zu einer Kaskade nach einem Schema, mit dem Sie die Temperatur sehr heißer Teile senken können.
• Wenn die Polarität der Versorgungsspannung geändert wird, arbeitet das Element in umgekehrter Reihenfolge, d. h. die Kühl- und Heizseite tauschen ihre Plätze.

Zu den Nachteilen zählen folgende:

• Unzureichender Aktionskoeffizient, der die Erhöhung des zugeführten Stroms beeinflusst, um die erforderliche Temperaturdifferenz zu erreichen.
• Ein ziemlich komplexes System zur Wärmeabfuhr von der Kühlfläche.

So stellen Sie Peltier-Elemente für einen Kühlschrank her

Solche Peltier-Elemente können Sie schnell und einfach selbst herstellen. Zunächst müssen Sie sich für das Material der Platten entscheiden. Es ist notwendig, Elementplatten aus langlebiger Keramik zu nehmen und Leiter in Mengen von mehr als 20 Stück vorzubereiten, um den größten Temperaturunterschied zu gewährleisten. Bei ausreichender Anzahl an Effizienzelementen wird die Leistung des Kühlschranks deutlich gesteigert.

Dabei spielt die Leistung des verwendeten Kühlschranks eine große Rolle. Wenn es mit flüssigem Freon betrieben wird, treten keine Leistungsprobleme auf. Die Elementplatten werden in der Nähe des Verdampfers zusammen mit dem Motor montiert. Für eine solche Installation benötigen Sie einen bestimmten Satz Dichtungen und Werkzeuge. Dadurch wird sichergestellt, dass der Boden des Kühlschranks schnell abkühlt.

Eine sorgfältige Isolierung der Leiter ist erforderlich, erst danach werden sie an den Kompressor angeschlossen. Nach Abschluss der Installation müssen Sie die Spannung mit einem Multimeter überprüfen. Bei einer Fehlfunktion der Elemente (z. B. Kurzschluss) wird der Thermostat aktiviert.

Weitere Anwendungen thermoelektrischer Module

Der Peltier-Modul-Effekt wird heute dank der Gesetze der Physik genutzt. Die überschüssige Energie der Elemente kommt immer dort zum Einsatz, wo ein leiser und schneller Wärmeaustausch erforderlich ist.

Die Haupteinsatzorte von Modulen:

• Kühlung von Mikroprozessoren.
• Verbrennungsmotoren produzieren Abgase, die Wissenschaftler nun mit thermoelektrischen Modulen zur Erzeugung von Hilfsenergie nutzen. Die so gewonnene Energie wird dem Motor in Form von Strom wieder zugeführt. Dies führt zu Kraftstoffeinsparungen.
• In Haushaltsgeräten, die heizend oder kühlend wirken.

Eine Kühlbox kann zu einer Heizung werden und ein Kühlschrank kann als Wärmeschrank fungieren, wenn die Gleichstrompolarität umgekehrt wird. Dies wird als reversibler Effekt bezeichnet.

Dieses Prinzip wird in Rekuperatoren genutzt. Es besteht aus einem Kasten mit zwei Kammern. Sie sind durch einen Ventilator miteinander verbunden. Peltier-Elemente erwärmen die von außen einströmende kalte Luft mit Energie, die der warmen Raumluft entzogen wird. Dieses Gerät spart Raumheizkosten.

Die Freisetzung oder Absorption (je nach Stromrichtung) von Wärme beim Kontakt zweier unterschiedlicher Halbleiter oder eines Metalls und eines Halbleiters

Animation

Beschreibung

Der Peltier-Effekt ist ein thermoelektrisches Phänomen, das Gegenteil des Seebeck-Effekts: Wenn ein elektrischer Strom I durch einen Kontakt (Übergang) zweier verschiedener Stoffe (Leiter oder Halbleiter) geleitet wird, entsteht am Kontakt zusätzlich zur Jouleschen Wärme zusätzliche Peltier-Wärme Q P wird in einer Richtung des Stroms abgegeben und in der entgegengesetzten Richtung absorbiert.

Die erzeugte Wärmemenge Q P und ihr Vorzeichen hängen von der Art der kontaktierenden Stoffe, der Stärke des Stroms und der Zeit seines Durchgangs ab:

dQ P = p 12 H I H dt.

Hier ist p 12 = p 1 – p 2 der Peltier-Koeffizient für einen gegebenen Kontakt, verbunden mit den absoluten Peltier-Koeffizienten p 1 und p 2 der Kontaktmaterialien. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass der Strom von der ersten Probe zur zweiten fließt. Wenn Peltier-Wärme freigesetzt wird, gilt: Q P >0, p 12 >0, p 1 > p 2 . Wenn Peltier-Wärme absorbiert wird, gilt dies als negativ und dementsprechend: Q P<0,p 12 <0, p 1

Anstelle der Peltier-Wärme wird häufig eine physikalische Größe verwendet, die als Wärmeenergie definiert ist, die jede Sekunde bei Kontakt mit einer Flächeneinheit freigesetzt wird. Diese Größe, Wärmefreisetzungsleistung genannt, wird durch die Formel bestimmt:

q P = p 12 H j,

wobei j=I/S – Stromdichte;

S – Kontaktfläche;

die Dimension dieser Größe ist SI = W/m2.

Aus den Gesetzen der Thermodynamik folgt, dass der Peltier-Koeffizient und der Thermokraftkoeffizient a durch die Beziehung zusammenhängen:

p = aЧ T,

wobei T die absolute Kontakttemperatur ist.

Der Peltier-Koeffizient, ein wichtiges technisches Merkmal von Materialien, wird in der Regel nicht gemessen, sondern anhand des einfacher zu messenden Thermokraftkoeffizienten berechnet.

In Abb. 1 und Abb. Abbildung 2 zeigt einen geschlossenen Stromkreis aus zwei verschiedenen Halbleitern PP1 und PP2 mit den Kontakten A und B.

Peltier-Wärmeabgabe (Pin A)

Reis. 1

Peltier-Wärmeaufnahme (Pin A)

Reis. 2

Ein solcher Stromkreis wird üblicherweise als Thermoelement bezeichnet, und seine Zweige werden als Thermoelektroden bezeichnet. Ein von einer externen Quelle erzeugter Strom I fließt durch den Stromkreis. Reis. 1 zeigt die Situation, wenn bei Kontakt A (Strom fließt von PP1 nach PP2) Peltier-Wärme abgegeben wird Q P (A)>0, und bei Kontakt B (Strom fließt von PP2 nach PP1) beträgt ihre Absorption Q P (B)<0 . В результате происходит изменение температур спаев: Т А >FERNSEHER .

In Abb. 2: Durch Ändern des Vorzeichens der Quelle ändert sich die Richtung des Stroms in die entgegengesetzte Richtung: von PP2 nach PP1 an Kontakt A und von PP1 nach PP2 an Kontakt B. Dementsprechend ändert sich das Vorzeichen der Peltier-Wärme und der Zusammenhang zwischen den Kontakttemperaturen: Q P (A)<0, Q P (В)>0, T A<Т В .

Der Grund für das Auftreten des Peltier-Effekts beim Kontakt von Halbleitern mit Stromträgern des gleichen Typs (zwei Halbleiter vom n-Typ oder zwei Halbleiter vom p-Typ) ist der gleiche wie beim Kontakt zweier Metallleiter. Stromträger (Elektronen oder Löcher) auf verschiedenen Seiten des Übergangs haben unterschiedliche Durchschnittsenergien, die von vielen Gründen abhängen: Energiespektrum, Konzentration, Ladungsträgerstreumechanismus. Wenn Ladungsträger, nachdem sie den Übergang passiert haben, in einen Bereich mit niedrigerer Energie gelangen, übertragen sie überschüssige Energie auf das Kristallgitter, wodurch Peltier-Wärme in der Nähe des Kontakts freigesetzt wird (Q P >0) und die Kontakttemperatur ansteigt. In diesem Fall leihen sich die Ladungsträger am anderen Übergang in einen Bereich mit höherer Energie die fehlende Energie aus dem Gitter und Peltier-Wärme wird absorbiert (Q P<0 ) и понижение температуры.

Der Peltier-Effekt ist, wie alle thermoelektrischen Phänomene, besonders ausgeprägt in Schaltkreisen, die aus elektronischen (n-Typ) und Lochhalbleitern (p-Typ) bestehen. In diesem Fall gibt es für den Peltier-Effekt eine andere Erklärung. Betrachten wir die Situation, wenn der Strom im Kontakt von einem Lochhalbleiter zu einem elektronischen übergeht (р ® n). In diesem Fall bewegen sich Elektronen und Löcher aufeinander zu und verbinden sich nach der Begegnung wieder. Durch die Rekombination wird Energie freigesetzt, die in Form von Wärme freigesetzt wird. Diese Situation ist in Abb. dargestellt. 3 zeigt die Energiebänder (e c – Leitungsband, e v – Valenzband) für Verunreinigungshalbleiter mit Löchern und elektronischer Leitfähigkeit.

Freisetzung von Peltier-Wärme am Kontakt von p- und n-Typ-Halbleitern

Reis. 3

In Abb. 4 (e c – Leitungsband, e v – Valenzband) veranschaulicht die Peltier-Wärmeabsorption für den Fall, dass der Strom von n nach p geht – Halbleiter (n ® p).

Peltier-Wärmeabsorption am Kontakt von p- und n-Typ-Halbleitern

Reis. 4

Dabei bewegen sich Elektronen in einem elektronischen Halbleiter und Löcher in einem Lochhalbleiter in entgegengesetzte Richtungen und entfernen sich von der Grenzfläche. Der Verlust an Stromträgern im Grenzbereich wird durch die paarweise Erzeugung von Elektronen und Löchern kompensiert. Die Bildung solcher Paare erfordert Energie, die durch thermische Schwingungen der Gitteratome bereitgestellt wird. Die entstehenden Elektronen und Löcher werden durch das elektrische Feld in entgegengesetzte Richtungen gezogen. Solange Strom durch den Kontakt fließt, werden daher ständig neue Paare geboren. Dadurch wird bei Kontakt Wärme absorbiert.

Damit der Peltier-Effekt vor dem Hintergrund der allgemeinen Erwärmung, die mit der Freisetzung von Joule-Lenz-Wärme verbunden ist, spürbar wird, muss die folgende Bedingung erfüllt sein: S Q P Si Q J . . Dadurch ergeben sich folgende Zusammenhänge, die bei der Durchführung von Experimenten berücksichtigt werden müssen:

.

wobei R der Widerstand des Thermoelektrodenabschnitts der Länge l ist, bei dem Wärme abgegeben wird;

r – elektrischer Widerstand.

Der Peltier-Koeffizient, der die beim Kontakt freigesetzte Peltier-Wärmemenge bestimmt, hängt von der Art der kontaktierenden Substanzen und der Kontakttemperatur ab: p 12 = a 12 · T = (a 1 - a 2 ) · T , wobei a 1 und a 2 sind die absoluten Thermokraftkoeffizienten der kontaktierenden Substanzen. Wenn der Thermokraftkoeffizient für die meisten Metallpaare in der Größenordnung von 10-5 x 10-4 V/K liegt, kann er bei Halbleitern viel höher sein (bis zu 1,5 x 10-3 V/K). Bei Halbleitern mit unterschiedlicher Leitfähigkeit hat a unterschiedliche Vorzeichen, sodass Sa 12 S = Sa 1 S + Sa 2 S.

Dabei ist zu beachten, dass der Thermokraftkoeffizient in komplexer Weise von der Zusammensetzung und Temperatur des Halbleiters abhängt, während im Vergleich zu Metallen die Temperaturabhängigkeit von a bei Halbleitern deutlich ausgeprägter ist. Das Vorzeichen von a wird durch das Vorzeichen der Ladungsträger bestimmt. Es gibt keine allgemeinen empirischen und schon gar keine theoretischen Formeln, die die thermoelektrischen Eigenschaften von Halbleitern über einen weiten Temperaturbereich abdecken würden. Typischerweise steigt die thermoelektromotorische Kraft a eines Halbleiters ausgehend vom Wert a = 0 bei T = 0 zunächst proportional zu T an, dann langsamer, bleibt oft in einem bestimmten Temperaturbereich konstant und bleibt im Bereich hoher Temperaturen ( über 500 Kyo 700 K) beginnt gemäß dem Gesetz um ~ 1/T abzunehmen.

Eine weitere Besonderheit von Halbleitern ist die entscheidende Rolle von Verunreinigungen, deren Einführung es ermöglicht, nicht nur den Wert um ein Vielfaches zu ändern, sondern auch das Vorzeichen von a zu ändern.

In Halbleitern mit gemischter Leitfähigkeit sind die Beiträge von Löchern und Elektronen zur Thermokraft entgegengesetzt, was zu kleinen Werten von a und p führt.

In dem besonderen Fall, dass die Konzentrationen (n) und Beweglichkeit (u) von Elektronen und Löchern gleich sind (ne = np und ue = up), werden die Werte von a und p zu Null:

a~ (ne ue - np up) / (ne ue + np up).

Der Peltier-Effekt ist wie andere thermoelektrische Phänomene phänomenologischer Natur.

Der Peltier-Effekt in Halbleitern wird zum thermoelektrischen Kühlen und Heizen genutzt, was praktische Anwendungen in Temperaturregelungs- und Kühlgeräten hat.

Das Peltier-Phänomen wurde 1834 von J. Peltier entdeckt.

Timing-Eigenschaften

Initiierungszeit (log bis -3 bis 2);

Lebensdauer (log tc von 15 bis 15);

Abbauzeit (log td von -3 auf 2);

Zeitpunkt der optimalen Entwicklung (log tk von -2 bis 3).

Diagramm:

Technische Umsetzungen des Effekts

Technische Umsetzung des Peltier-Effekts in Halbleitern

Die wichtigste technologische Einheit aller thermoelektrischen Kühlgeräte ist eine thermoelektrische Batterie, die aus in Reihe geschalteten Thermoelementen besteht. Da Metallleiter schwache thermoelektrische Eigenschaften haben, bestehen Thermoelemente aus Halbleitern, und einer der Zweige des Thermoelements sollte aus einem reinen Loch (p-Typ) und der andere aus einem rein elektronischen (n-Typ) Halbleiter bestehen. Wenn Sie eine Stromrichtung wählen (Abb. 5), bei der Peltier-Wärme an den Kontakten im Inneren des Kühlschranks absorbiert und an den Außenkontakten an den umgebenden Raum abgegeben wird, sinkt die Temperatur im Inneren des Kühlschranks und der Raum von außen erwärmt sich der Kühlschrank (was bei jedem Kühlschrankdesign der Fall ist).

Schematische Darstellung eines thermoelektrischen Kühlschranks

Reis. 5

Das Hauptmerkmal eines thermoelektrischen Kühlgeräts ist seine Kühleffizienz:

Z= a 2 /(rl) ,

wobei a der Thermokraftkoeffizient ist;

r – spezifischer Widerstand;

l ist die Wärmeleitfähigkeit des Halbleiters.

Der Z-Parameter ist eine Funktion der Temperatur und der Ladungsträgerkonzentration, und für jede gegebene Temperatur gibt es einen optimalen Konzentrationswert, bei dem der Z-Wert maximal ist. Die maximale Temperaturreduzierung steht im Zusammenhang mit dem Effizienzwert durch den Ausdruck:

D T max = (1/2) Х Z Х T 2,

wobei T die Temperatur der Kaltstelle des Thermoelements ist.

Je größer der Wert von Z für einzelne Zweige ist, desto größer ist der Wert von Z = (a 1 + a 2) 2 /(Tsr 1 l 1 + Tsr 2 l 2) 2, der die Effizienz bestimmt. das gesamte Thermoelement. Es empfiehlt sich, Halbleiter mit höchsten Mobilitätswerten und minimaler Wärmeleitfähigkeit zu wählen. Das Einbringen bestimmter Verunreinigungen in einen Halbleiter ist das wichtigste Mittel, um seine Parameter (a, r, l) in die gewünschte Richtung zu ändern.

Moderne thermoelektrische Kühlgeräte sorgen für eine Temperaturreduzierung von +20°C auf 200°C; ihre Kühlleistung beträgt in der Regel nicht mehr als 100 W.

Technologisch werden Stäbe aus Halbleitermaterialien mit p- und n-Leitfähigkeit (1) mittels Metallverbindern (3) auf Wärmeleitplatten aus Isolierstoff (2) montiert, wie in Abb. 6.

Diagramm des thermoelektrischen Moduls

Reis. 6

Anwenden eines Effekts

Die Hauptbereiche der praktischen Nutzung des Peltier-Effekts in Halbleitern: Kältegewinnung zur Herstellung thermoelektrischer Kühlgeräte, Erhitzen zu Heizzwecken, Thermostatisierung, Steuerung des Kristallisationsprozesses unter konstanten Temperaturbedingungen.

Die thermoelektrische Kühlmethode hat gegenüber anderen Kühlmethoden mehrere Vorteile. Thermoelektrische Geräte zeichnen sich durch einfache Steuerung, Feinregulierung der Temperatur, Geräuschlosigkeit und hohe Betriebssicherheit aus. Der Hauptnachteil thermoelektrischer Geräte ist ihr geringer Wirkungsgrad, der ihren Einsatz für die industrielle Produktion von „Kälte“ nicht zulässt.

Thermoelektrische Kühlgeräte werden in Haushalts- und Transportkühlschränken, Thermostaten, zur Kühlung und Thermostatisierung wärmeempfindlicher Elemente radioelektronischer und optischer Geräte, zur Steuerung des Kristallisationsprozesses, in medizinischen und biologischen Geräten usw. eingesetzt.

In der Computertechnik werden thermoelektrische Kühlgeräte umgangssprachlich „Kühler“ (vom englischen cooler – cooler) genannt.

Literatur

1. Physische Enzyklopädie.- M.: Große russische Enzyklopädie, 1998.- T.5.- S.98-99, 125.

2. Sivukhin S.D. Allgemeiner Kurs der Physik. - M.: Nauka, 1977. - T.3. Elektrizität.- S.490-494.

3. Stilbans L.S. Physik der Halbleiter. - M., 1967. - S.75-83, 292-311.

4. Ioffe A.F. Halbleiter-Thermoelemente. - M., 1960.

Stichworte

Das Peltier-Modul kann auf vier verschiedene Arten verwendet werden: als Heizelement (in Inkubatoren...), als Kühlelement (in Kühlschränken...), zur Stromerzeugung (Generator...) und auch unter Verwendung des Peltiers Element, aus dem man Wasser erzeugen kann. Darum geht es in meinem Artikel.

Peltier-Element ist ein thermoelektrischer Wandler, dessen Funktionsprinzip auf dem Peltier-Effekt basiert – dem Auftreten einer Temperaturdifferenz beim Fließen eines elektrischen Stroms. In der englischsprachigen Literatur werden Peltier-Elemente als TEC bezeichnet (vom englischen Thermoelectric Cooler – thermoelektrischer Kühler).

Der gegenteilige Effekt des Peltier-Effekts wird Seebeck-Effekt genannt.

Funktionsprinzip

Die Funktionsweise von Peltier-Elementen basiert auf dem Kontakt zweier leitfähiger Materialien mit unterschiedlichen Elektronenenergieniveaus im Leitungsband. Wenn Strom durch den Kontakt solcher Materialien fließt, muss das Elektron Energie aufnehmen, um in ein energiereicheres Leitungsband eines anderen Halbleiters zu gelangen. Wenn diese Energie absorbiert wird, kühlt sich die Kontaktstelle zwischen den Halbleitern ab. Fließt der Strom in die entgegengesetzte Richtung, erwärmt sich neben dem üblichen thermischen Effekt auch die Kontaktstelle zwischen den Halbleitern.

Beim Kontakt von Metallen ist der Peltier-Effekt so gering, dass er vor dem Hintergrund der ohmschen Erwärmung und der Wärmeleitfähigkeitsphänomene nicht wahrnehmbar ist. Daher wird in praktischen Anwendungen der Kontakt zwischen zwei Halbleitern verwendet.

Ein Peltier-Element besteht aus einem oder mehreren Paaren kleiner Halbleiterquader – einem n-Typ und einem p-Typ in einem Paar (normalerweise Wismuttellurid, Bi2Te3 und Siliziumgermanid), die paarweise über Metallbrücken verbunden sind. Metallbrücken dienen gleichzeitig als Thermokontakte und sind mit einer nicht leitenden Folie oder Keramikplatte isoliert. Parallelepipedpaare werden so verbunden, dass eine Reihenschaltung aus vielen Paaren von Halbleitern unterschiedlicher Leitfähigkeit entsteht, sodass oben eine Verbindungsfolge (n->p) und unten entgegengesetzt ( p->n). Elektrischer Strom fließt nacheinander durch alle Parallelepipede. Je nach Stromrichtung werden die oberen Kontakte gekühlt und die unteren erwärmt – oder umgekehrt. Somit überträgt elektrischer Strom Wärme von einer Seite des Peltier-Elements auf die gegenüberliegende Seite und erzeugt einen Temperaturunterschied.

Wenn Sie die Heizseite des Peltier-Elements kühlen, beispielsweise mit einem Heizkörper und einem Ventilator, dann wird die Temperatur der kalten Seite noch niedriger. Bei einstufigen Elementen kann der Temperaturunterschied je nach Elementtyp und Stromwert ca. 70 °C erreichen.

Vorteile und Nachteile

Der Vorteil des Peltier-Elements ist seine geringe Größe, das Fehlen jeglicher beweglicher Teile sowie Gase und Flüssigkeiten. Durch die Umkehr der Stromrichtung ist sowohl Kühlen als auch Heizen möglich – dadurch ist eine Thermostatisierung sowohl bei Umgebungstemperaturen oberhalb als auch unterhalb der Thermostattemperatur möglich. Ein weiterer Vorteil ist das Fehlen mechanischer Teile und die Geräuschfreiheit.

Der Nachteil des Peltier-Elements ist sein geringerer Wirkungsgrad als bei Kompressor-Kühlgeräten mit Freon, was zu einem hohen Stromverbrauch zur Erzielung eines spürbaren Temperaturunterschieds führt. Dennoch gibt es Entwicklungen zur Steigerung der thermischen Effizienz, und Peltier-Elemente haben in der Technik breite Anwendung gefunden, da Temperaturen unter 0 °C ohne zusätzliche Geräte erreicht werden können.

Das Hauptproblem beim Aufbau von Peltier-Elementen mit hoher Effizienz besteht darin, dass freie Elektronen in einer Substanz gleichzeitig Träger von elektrischem Strom und Wärme sind. Das Material für das Peltier-Element muss gleichzeitig zwei sich gegenseitig ausschließende Eigenschaften aufweisen – es leitet elektrischen Strom gut, leitet jedoch Wärme schlecht.

Bei Peltier-Zellen-Batterien ist es theoretisch möglich, einen sehr großen Temperaturunterschied von mehr als 70 Grad Celsius zu erreichen. Daher ist es besser, eine gepulste Temperaturregelungsmethode zu verwenden, wodurch auch der Energieverbrauch gesenkt werden kann. In diesem Fall ist es wünschenswert, Stromwelligkeiten zu glätten, um die Lebensdauer des Peltier-Elements zu verlängern.

Anwendung des thermoelektrischen Moduls: in Wasserkühlern, Kühlsystemen für Computer oder Mikroschaltungen verschiedener kleiner Geräte, in elektrischen Wärmegeneratoren, Kühlung von Grafikkarten, Nord- oder Südbrücken, Autokühlschränken, Luftkühlern, Arduino, zur Kühlung von CCD-Matrizen und Infrarot-Fotodetektoren, in elektrische Thermogeneratoren, in Thermostaten, in wissenschaftlichen Laborinstrumenten, Thermokalibratoren, Thermostabilisatoren. Im Allgemeinen dort, wo Temperaturunterschiede von mehr als 60 Grad erreicht werden müssen.

Abmessungen und Verbrauchseigenschaften der Peltierplatte

Abmessungen der Peltierplatten und Verbrauchseigenschaften (Leistungsaufnahme, Spannung, Strom, maximale Temperaturdifferenz). Die Kennzeichnung dieser thermoelektrischen Generatoren kann an verschiedenen Standorten unterschiedlich sein, alles hängt vom Hersteller ab (zum Beispiel: TEG1-241-1.4-1.2; CP1.4-127-06L für den Haushalt; TB-127-1.4-1.5 Frost-72). ; SP1848-27145; Seebeck-Thermogenerator TEP1-142T300). Die Merkmale wiederum werden sich nicht wesentlich unterscheiden, einige Indikatoren unterscheiden sich jedoch nicht wesentlich.

Qmax	Umax	Imax	dTmax	Abmessungen, (mm)
(W)	(IN)	(A)	(Hagel)	A	B	H
36,0	16,1	3,6	71	30,0	30,0	3,6
36,0	16,1	3,6	71	40,0	40,0	3,6
62,0	16,3	6,2	72	40,0	40,0	3,9
65,0	16,7	6,3	74	40,0	40,0	3,9
80,0	16,1	8,0	71	40,0	40,0	3,4
80,0	16,1	8,0	71	48,0	48,0	3,4
94,0	24,9	6,1	70	40,0	40,0	3,9
115,0	24,6	7,6	69	40,0	40,0	3,6
120,0	24,6	7,9	69	40,0	40,0	3,4
131,0	24,6	8,6	69	40,0	40,0	3,3
172,0	24,6	11,3	69	40,0	40,0	3,2
156,0	15,7	16,1	70	48,0	48,0	3,4
223,0	15,5	23,4	68	55,0	59,0	3,3
310,0	24,6	20,6	69	62,0	62,0	3,2

DIY USB-Kühlschrank (Peltier-Modul)

Um unseren Mini-Kühlschrank zu bauen, müssen wir ein Peltier-Element (was es ist und wie es funktioniert, können Sie weiter unten lesen) und zwei Heizkörper finden oder kaufen.

Genau dieses Peltier-Element, ich habe es aus einem kaputten Computer herausgerissen, es stand da zwischen Prozessor und Kühler. Ich habe die alte Wärmeleitpaste davon entfernt. Kurz gesagt beginnt dieses Peltier-Element, wenn ihm Gleichstrom zugeführt wird, wie folgt zu arbeiten: Eine Seite beginnt sich zu erwärmen und die andere beginnt abzukühlen. Wenn Sie die Polarität der Stromquelle ändern, werden die Seiten von das Element verhält sich umgekehrt!

Als nächstes habe ich zwei riesige Strahler von einem unnötigen Verstärker genommen. Dann habe ich das Element mit neuer Wärmeleitpaste geschmiert, die ich in einem Radioladen gekauft hatte, und das Peltier-Element zwischen den Heizkörpern festgeklemmt. Die Verwendung von Wärmeleitpaste ist in diesem Fall zwingend erforderlich!
Ich habe die Drähte über ein USB-Kabel mit dem Element verbunden und es an den Computer angeschlossen – ein Kühler begann sich aufzuheizen und der zweite begann abzukühlen! Also, alles ist in Ordnung!

Das Material, das ich zum Zusammenkleben des Kühlschranks verwendet habe, ähnelt komprimiertem Schaumstoff oder porösem Kunststoff. Im Allgemeinen kann das Material alles sein, seine Hauptqualität ist die Wärmedämmung.
Das Glas ist organisch und sieht ziemlich zerbrechlich aus, aber tatsächlich ist das Material langlebig.
Kleber - Sekundenkleber.

Dann habe ich der Einfachheit halber einen Magnetverschluss angefertigt.
Es hat gut geklappt – eine Flasche Mineralwasser passte problemlos hinein.

Generator – Stromerzeugung mithilfe eines Peltier-Elements

Vorteile dieses Generators:

— Kraftstoff ist alles, was brennt oder erhitzt.
— USB-Ausgang 5 Volt, 500mA.
— Unabhängig von Sonne, Wind usw.
- Einfaches und starkes Design, das ewig halten kann.
— Sie können darauf Essen zubereiten, während Ihr Telefon aufgeladen wird.
- Vielseitigkeit.
— Jeder kann es an einem Abend zu Hause zusammenbauen (sogar ein AvtoVAZ-Mitarbeiter =)).
- Günstiges Design.

Ich habe es nicht erfunden, es gibt kommerzielle Kopien, die viel besser sind als meine. Der Preis für BioLite CampStove beträgt beispielsweise 7900 Rubel. Meine Kopie wurde in Eile angefertigt, um diesen Artikel und weitere Experimente zu schreiben.

Die Basis ist das Peltier-Element. Hierbei handelt es sich um ein thermoelektrisches Modul, das in Wasserkühlern und tragbaren Kühlschränken sowie zur Kühlung des Prozessors verwendet wird. Wenn Spannung angelegt wird, kühlt sich die eine Seite ab und die andere erwärmt sich. Im Gegenteil, wir werden eine Seite heizen, um Strom zu erzeugen.

Das Grundprinzip besteht darin, dass sich eine Seite erwärmt und die andere unverändert bleibt. Für maximale Effizienz ist ein Temperaturunterschied von 100 Grad Celsius erforderlich.

Lass uns anfangen!


Wir brauchen:
— Peltier-Element, ich habe TEC1-12710 verwendet
- Unnötige Stromversorgung durch den Computer
Jeder, sogar derjenige, der niedergebrannt ist, und alles außer der Leiche ist ausgebrannt
- Spannungsregler
DC-DC-Boost-Modul, Eingangsspannung 1–5 Volt, Ausgang immer 5 V.
— Kühler (je größer desto besser), am besten mit einem 5V-Kühler, weil Der Kühler erwärmt sich allmählich. Im Winter ist das kein Problem, da Sie den Heizkörper auf Eis legen können.
- Wärmeleitpaste
- Werkzeugset

TEC1-12710-Modul mit einer Nennleistung von 10 A (weniger oder mehr). Aber die Stärkeren werden größer sein. Je höher der Strom, desto effizienter und teurer ist es. Ich habe es bei Aliexpress für etwa 250 Rubel gekauft. In unseren Elektronikgeschäften kostet das etwa 1.500 Rubel.

Das Modul ist für eine maximale Spannung von 12 V ausgelegt, gibt aber aufgrund der geringen Effizienz nicht so viel ab, wenn wir es in die entgegengesetzte Richtung verwenden, d. h. Strom zu empfangen.

Damit stabile 5 Volt anliegen und Geräte sicher geladen werden können, benötigen Sie einen Step-Up-Stabilisator. Es fängt an, 5 Volt zu erzeugen, wenn am Peltier-Element noch nur 1 Volt anliegt. Dass alles zum Laden bereit ist, erkennen Sie an der leuchtenden LED am Modul.


Sie können Ihr eigenes zusammenbauen, aber ich habe mich entschieden, den Chinesen zu vertrauen, sie bieten ein fertiges Modul mit USB-Ausgang für 80 Rubel an. auf der gleichen Seite.

Entkernen wir unsere Stromversorgung. Ich musste zusätzliche Löcher für eine bessere Luftzirkulation bohren (das Netzteil war sehr alt).

Das Grundprinzip besteht darin, dass Luft von unten angesaugt wird und oben wieder austritt. Einfach ausgedrückt, Sie müssen einen normalen Herd bauen. Vergessen Sie nicht, ein Loch zum Werfen von Holzspänen und einen Ständer für einen Topf oder Becher zum Kochen von Wasser bereitzustellen, falls Sie diesen benötigen.


Als nächstes müssen Sie das Peltier-Modul mit einem Heizkörper an einer ebenen Wand befestigen, nachdem Sie zuvor gleichmäßig Wärmeleitpaste aufgetragen haben. Je enger der Kontakt, desto besser. Die Seite, auf der das Modell geschrieben ist, ist kalt, auf dieser Seite bringen wir den Heizkörper an. Wenn Sie es verwechseln, gibt das Modul keine Spannung aus. In diesem Fall müssen Sie nur die Drähte vertauschen.


Wir löten den Aufwärtswandler und finden heraus, wo wir ihn verstecken können. Sie können es grundsätzlich an den Drähten hängen lassen, müssen es aber auf jeden Fall isolieren, z. B. mit Schrumpfschlauch versehen.

Lasst uns alles zusammenfügen. Das sollten Sie bekommen:

Wie es funktioniert?

Wir werfen Äste, Holzspäne und im Allgemeinen alles, was darin brennt. Dann zünden wir es an. Das Feuer erhitzt die Wände des Ofens und das Peltier-Element, das sich an einer dieser Wände befindet. Die andere Seite des Elements, die sich am Heizkörper befindet, bleibt auf Außentemperatur. Je größer der Temperaturunterschied, desto größer die Leistung, aber übertreiben Sie es nicht.

Der maximale Wirkungsgrad wird bereits bei einem Unterschied von 100 Grad erreicht. Mit der Zeit beginnt sich der Kühler zu erwärmen und muss gekühlt werden. Sie können Schnee werfen, Wasser darauf gießen, den Heizkörper auf Eis oder in Wasser stellen oder einen Becher mit kaltem Wasser darauf stellen. Es gibt viele Möglichkeiten, die einfachste ist ein Kühler, der einen Teil der Leistung wegnimmt, aber durch die Kühlung ändert sich das Gesamtergebnis nicht.


Setzen Sie das Element KEINEN hohen Temperaturen aus, es kann durchbrennen und durchbrennen. In der Dokumentation wird eine maximale Temperatur von 180 °C angegeben, aber große Sorgen muss man sich nicht machen, bei guter Kühlung und einfachem Brennholz passiert ihm nichts.

Wenn Sie nicht faul sind und alles richtig machen, erhalten Sie einen so einfachen Holzhacker, mit dem Sie gleichzeitig Lebensmittel erhitzen, kochen, Wasser gießen und Ihre Geräte aufladen können.

Es kann zu Hause verwendet werden, wenn es zu einem Stromausfall kommt, indem man eine Kerze hineinstellt. Wenn Sie daran LEDs anschließen, ist das Licht übrigens viel heller als das der Kerze selbst.

Überall dort, wo etwas brennt, haben Sie Strom, Wärme und die Möglichkeit, Speisen bequem zuzubereiten, wobei im Vergleich zu einem Feuer weniger Brennstoff verbraucht wird.

Erste Tests!

Nach der Arbeit ging ich in den Wald, die Sonne war fast untergegangen, das Reisig war nass, aber der Ofen hat sich zu 100 % ausgezahlt.

Das Ergebnis hat alle meine Erwartungen übertroffen. Unmittelbar nachdem die Holzspäne verbrannt waren, ging die Anzeige an, ich schloss das Telefon an und es begann zu laden. Der Ladevorgang war stabil.

Der Konverter hat überhaupt nicht belastet. Ich habe auch ein Kühlpad für den Laptop mitgenommen, es hat 2 Kühler und LEDs, es sollte eine ordentliche Menge verbrauchen. Ich habe es angeschlossen, alles dreht sich, leuchtet und die Brise weht. Ich habe auch einen USB-Ventilator genommen und ihn am Ende angeschlossen, als nur noch Kohlen übrig waren. Alles läuft großartig, ich weiß gar nicht, was ich sonst noch ausprobieren soll.

Ergebnis:

Alles funktioniert super, es gibt sein Geschlecht Ampere aus. Trotzdem brauchen Sie eine Kühlbox, denn... In einer halben Stunde erwärmte sich der Heizkörper auf etwa 40 Grad, im Sommer werden es sogar noch mehr sein. Lass dich drehen.

Die Flammen schießen hoch in die Höhe, ich persönlich brauche so ein Feuer nicht, ich werde einige Löcher abdecken, damit es langsamer brennt.

Ich werde alles neu machen, ich werde einen Standard-Holzhacker als Basis nehmen, der aus Blechdosen hergestellt wird, aber ich werde ihn aus dickerem Metall und in rechteckiger Form herstellen. Ich kaufe einen guten Kühler mit geeigneter Kühlerform und versuche, eine zusammenklappbare Version herzustellen, damit er beim Tragen weniger Platz einnimmt.

Trinkwassergewinnung mit einem Peltier-Modul

Halbleiter-Peltier-Kühlschränke

Der Betrieb moderner Hochleistungselektronikkomponenten, die die Basis von Computern bilden, geht mit einer erheblichen Wärmeentwicklung einher, insbesondere beim Betrieb im erzwungenen Übertaktungsmodus. Der effiziente Betrieb solcher Komponenten erfordert angemessene Kühleinrichtungen, um die für ihren Betrieb erforderlichen Temperaturbedingungen sicherzustellen. Solche Mittel zur Aufrechterhaltung optimaler Temperaturbedingungen sind in der Regel Kühler, die auf herkömmlichen Heizkörpern und Lüftern basieren.

Die Zuverlässigkeit und Leistung solcher Werkzeuge wird durch Verbesserungen in ihrem Design, den Einsatz neuester Technologien und den Einsatz einer Vielzahl von Sensoren und Steuerungen in ihrer Zusammensetzung kontinuierlich verbessert. Dadurch ist es möglich, solche Tools in Computersysteme zu integrieren und deren Betrieb zu diagnostizieren und zu steuern, um die größtmögliche Effizienz zu erreichen und gleichzeitig optimale Temperaturbedingungen für den Betrieb von Computerelementen sicherzustellen, was die Zuverlässigkeit erhöht und deren störungsfreien Zeitraum verlängert Betrieb.

Die Parameter herkömmlicher Kühler verbessern sich ständig, doch in jüngster Zeit sind auf dem Computermarkt auch spezielle Mittel zur Kühlung elektronischer Elemente wie Halbleiter-Peltier-Kühlschränke aufgetaucht, die sich bald großer Beliebtheit erfreuten (obwohl häufig das Wort „Kühler“ verwendet wird, ist dies im Fall von Peltier der richtige Begriff). Elemente ist genau Kühlschrank).

Peltier-Kühlschränke, die spezielle thermoelektrische Halbleitermodule enthalten, deren Funktionsweise auf dem bereits 1834 entdeckten Peltier-Effekt basiert, sind äußerst vielversprechende Kühlgeräte. Solche Werkzeuge werden seit vielen Jahren in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technik erfolgreich eingesetzt.

In den sechziger und siebziger Jahren unternahm die heimische Industrie wiederholt Versuche, kleine Haushaltskühlschränke herzustellen, deren Funktionsweise auf dem Peltier-Effekt basierte. Die Unvollkommenheit bestehender Technologien, niedrige Effizienzwerte und hohe Preise erlaubten es solchen Geräten jedoch damals nicht, die Forschungslabore und Prüfstände zu verlassen.

Doch der Peltier-Effekt und thermoelektrische Module sind nicht nur den Wissenschaftlern vorbehalten. Im Zuge der Verbesserung der Technologie konnten viele negative Phänomene deutlich abgemildert werden. Diese Bemühungen haben zu hocheffizienten und zuverlässigen Halbleitermodulen geführt.

In den letzten Jahren wurden diese Module, deren Funktionsweise auf dem Peltier-Effekt basiert, aktiv zur Kühlung verschiedener elektronischer Komponenten von Computern eingesetzt. Sie wurden insbesondere zur Kühlung moderner leistungsstarker Prozessoren eingesetzt, deren Betrieb mit einer hohen Wärmeentwicklung einhergeht.

Dank ihrer einzigartigen thermischen und betrieblichen Eigenschaften ermöglichen Geräte, die auf der Basis thermoelektrischer Module – Peltier-Module – hergestellt werden, ohne besondere technische Schwierigkeiten oder finanzielle Kosten das erforderliche Maß an Kühlung von Computerelementen zu erreichen. Als Kühler für elektronische Bauteile sind diese Mittel zur Aufrechterhaltung der für deren Betrieb erforderlichen Temperaturbedingungen äußerst vielversprechend. Sie sind kompakt, komfortabel, zuverlässig und haben eine sehr hohe Betriebseffizienz.

Von besonderem Interesse sind Halbleiterkühlschränke als Mittel zur intensiven Kühlung in Computersystemen, deren Elemente in strengen Zwangsmodi eingebaut und betrieben werden. Der Einsatz solcher Übertaktungsmodi führt häufig zu einer deutlichen Leistungssteigerung der verwendeten elektronischen Komponenten und damit in der Regel des gesamten Computersystems. Allerdings ist der Betrieb von Computerkomponenten in solchen Modi durch eine erhebliche Wärmeentwicklung gekennzeichnet und liegt oft an der Leistungsgrenze von Computerarchitekturen sowie bestehenden und genutzten mikroelektronischen Technologien. Bei solchen Computerkomponenten, deren Betrieb mit einer hohen Wärmeentwicklung einhergeht, handelt es sich nicht nur um Hochleistungsprozessoren, sondern auch um Elemente moderner Hochleistungsvideoadapter und teilweise auch um Speichermodulchips. Solche leistungsstarken Elemente benötigen für ihren ordnungsgemäßen Betrieb eine intensive Kühlung, selbst im Normalmodus und noch mehr im Übertaktungsmodus.

Peltier-Module

Peltier-Kühlschränke nutzen einen herkömmlichen, sogenannten thermoelektrischen Kühlschrank, dessen Funktionsweise auf dem Peltier-Effekt basiert. Dieser Effekt ist nach dem französischen Uhrmacher Peltier (1785-1845) benannt, der seine Entdeckung vor mehr als anderthalb Jahrhunderten machte – im Jahr 1834.

Peltier selbst verstand das Wesen des von ihm entdeckten Phänomens nicht ganz. Die wahre Bedeutung des Phänomens wurde einige Jahre später, 1838, von Lenz (1804-1865) festgestellt.

Lenz platzierte einen Wassertropfen in der Aussparung an der Verbindungsstelle zweier Wismut- und Antimonstäbe. Wenn ein elektrischer Strom in eine Richtung geleitet wurde, gefror ein Wassertropfen. Wenn der Strom in die entgegengesetzte Richtung geleitet wurde, schmolz das entstandene Eis. So wurde festgestellt, dass beim Fließen eines elektrischen Stroms durch den Kontakt zweier Leiter je nach Richtung des letzteren zusätzlich zur Jouleschen Wärme zusätzliche Wärme freigesetzt oder absorbiert wird, die als Peltier-Wärme bezeichnet wird. Dieses Phänomen wird Peltier-Phänomen (Peltier-Effekt) genannt. Es handelt sich also um das Gegenteil des Seebeck-Phänomens.

Wenn in einem geschlossenen Stromkreis aus mehreren Metallen oder Halbleitern die Temperaturen an den Kontaktstellen der Metalle oder Halbleiter unterschiedlich sind, entsteht im Stromkreis ein elektrischer Strom. Dieses Phänomen des thermoelektrischen Stroms wurde 1821 vom deutschen Physiker Seebeck (1770-1831) entdeckt.

Im Gegensatz zur Joule-Lenz-Wärme, die proportional zum Quadrat der Stromstärke ist (Q=R·I·I·t), ist die Peltier-Wärme proportional zur ersten Potenz der Stromstärke und ändert das Vorzeichen, wenn die Richtung der Stromstärke wechselt letztere Änderungen. Peltier-Wärme kann, wie experimentelle Studien gezeigt haben, durch die Formel ausgedrückt werden:

Qp = П ·q

Dabei ist q die durchgelassene Strommenge (q=I·t), P der sogenannte Peltier-Koeffizient, dessen Wert von der Art der Kontaktmaterialien und deren Temperatur abhängt.

Peltier-Wärme Qp gilt als positiv, wenn sie abgegeben wird, und als negativ, wenn sie absorbiert wird.

Reis. 1. Schema des Experiments zur Messung der Peltier-Wärme, Cu – Kupfer, Bi – Wismut.

Im dargestellten Diagramm des Experiments zur Messung der Peltier-Wärme wird bei gleichem Widerstand der in die Kalorimeter abgesenkten Drähte R (Cu+Bi) in jedem Kalorimeter die gleiche Joulesche Wärme freigesetzt, und zwar gemäß Q=R·I· Es. Im Gegensatz dazu ist die Peltier-Wärme in einem Kalorimeter positiv und im anderen negativ. Nach diesem Schema ist es möglich, Peltier-Wärme zu messen und die Werte der Peltier-Koeffizienten für verschiedene Leiterpaare zu berechnen.

Es ist zu beachten, dass der Peltier-Koeffizient erheblich von der Temperatur abhängt. Einige Werte des Peltier-Koeffizienten für verschiedene Metallpaare sind in der Tabelle aufgeführt.

Peltier-Koeffizientenwerte für verschiedene Metallpaare
Eisen-Konstantan		Kupfer-Nickel		Blei-Konstantan
T, K	P, mV	T, K	P, mV	T, K	P, mV
273	13,0	292	8,0	293	8,7
299	15,0	328	9,0	383	11,8
403	19,0	478	10,3	508	16,0
513	26,0	563	8,6	578	18,7
593	34,0	613	8,0	633	20,6
833	52,0	718	10,0	713	23,4

Der Peltier-Koeffizient, ein wichtiges technisches Merkmal von Materialien, wird normalerweise nicht gemessen, sondern über den Thomson-Koeffizienten berechnet:

P = ein T

Dabei ist P der Peltier-Koeffizient, a der Thomson-Koeffizient und T die absolute Temperatur.

Die Entdeckung des Peltier-Effekts hatte großen Einfluss auf die spätere Entwicklung der Physik und in der Folge auf verschiedene Bereiche der Technik.

Die Essenz des offenen Effekts ist also wie folgt: Wenn ein elektrischer Strom durch den Kontakt zweier Leiter aus unterschiedlichen Materialien fließt, wird je nach Richtung zusätzlich zur Jouleschen Wärme zusätzliche Wärme freigesetzt oder absorbiert, was als Peltier bezeichnet wird Hitze. Der Grad der Ausprägung dieses Effekts hängt weitgehend von den Materialien der ausgewählten Leiter und den verwendeten elektrischen Modi ab.

Die klassische Theorie erklärt das Peltier-Phänomen damit, dass Elektronen, die durch Strom von einem Metall auf ein anderes übertragen werden, durch die interne Kontaktpotentialdifferenz zwischen den Metallen beschleunigt oder verlangsamt werden. Im ersten Fall erhöht sich die kinetische Energie der Elektronen und wird dann als Wärme abgegeben. Im zweiten Fall nimmt die kinetische Energie der Elektronen ab und dieser Energieverlust wird durch thermische Schwingungen der Atome des zweiten Leiters ausgeglichen. Dadurch kommt es zu einer Abkühlung. Eine umfassendere Theorie berücksichtigt nicht die Änderung der potentiellen Energie, wenn ein Elektron von einem Metall auf ein anderes übertragen wird, sondern die Änderung der Gesamtenergie.

Der Peltier-Effekt wird am stärksten beobachtet, wenn Halbleiter vom p- und n-Typ verwendet werden. Abhängig von der Richtung des elektrischen Stroms durch den Kontakt von Halbleitern unterschiedlicher Art – pn- und np-Übergänge – wird aufgrund der Wechselwirkung der durch Elektronen (n) und Löcher (p) dargestellten Ladungen und deren Rekombination entweder Energie absorbiert oder freigegeben. Durch diese Wechselwirkungen und die erzeugten Energieprozesse wird Wärme entweder aufgenommen oder abgegeben. Die Verwendung von Halbleitern vom p- und n-Typ in thermoelektrischen Kühlschränken ist in Abb. dargestellt. 2.

Reis. 2. Verwendung von Halbleitern vom p- und n-Typ in thermoelektrischen Kühlschränken.

Durch die Kombination einer großen Anzahl von Halbleiterpaaren vom p- und n-Typ können Kühlelemente geschaffen werden – Peltier-Module mit relativ hoher Leistung. Der Aufbau eines thermoelektrischen Halbleiter-Peltier-Moduls ist in Abb. dargestellt. 3.

Reis. 3. Aufbau des Peltier-Moduls

Das Peltier-Modul ist ein thermoelektrischer Kühlschrank, der aus in Reihe geschalteten p- und n-Halbleitern besteht, die p-n- und n-p-Übergänge bilden. Jede dieser Verbindungsstellen hat thermischen Kontakt mit einem der beiden Strahler. Durch den Durchgang eines elektrischen Stroms einer bestimmten Polarität entsteht zwischen den Strahlern des Peltier-Moduls ein Temperaturunterschied: Ein Strahler funktioniert wie ein Kühlschrank, der andere Strahler erwärmt sich und dient der Wärmeabfuhr. In Abb. Abbildung 4 zeigt das Aussehen eines typischen Peltier-Moduls.

Reis. 4. Aussehen des Peltier-Moduls

Ein typisches Modul sorgt für einen erheblichen Temperaturunterschied von mehreren zehn Grad. Der zweite Heizkörper – der Kühlschrank – ermöglicht bei entsprechender Zwangskühlung des Heizkörpers das Erreichen negativer Temperaturen. Um die Temperaturdifferenz zu erhöhen, besteht die Möglichkeit, thermoelektrische Peltier-Module in Kaskade zu schalten und gleichzeitig für eine ausreichende Kühlung zu sorgen. Dies ermöglicht es, mit relativ einfachen Mitteln einen erheblichen Temperaturunterschied zu erreichen und eine wirksame Kühlung der geschützten Elemente sicherzustellen. In Abb. Abbildung 5 zeigt ein Beispiel für die Kaskadenschaltung von Standard-Peltier-Modulen.

Reis. 5. Beispiel einer Kaskadenschaltung von Peltier-Modulen

Auf Peltier-Modulen basierende Kühlgeräte werden oft als aktive Peltier-Kühlschränke oder einfach Peltier-Kühler bezeichnet.

Der Einsatz von Peltier-Modulen in aktiven Kühlern macht sie im Vergleich zu Standardkühlertypen, die auf herkömmlichen Kühlern und Lüftern basieren, deutlich effizienter. Bei der Entwicklung und Verwendung von Kühlern mit Peltier-Modulen müssen jedoch eine Reihe spezifischer Merkmale berücksichtigt werden, die sich aus dem Design der Module, ihrem Funktionsprinzip, der Architektur moderner Computerhardware und der Funktionalität von System und System ergeben Anwendungssoftware.

Von großer Bedeutung ist die Leistung des Peltier-Moduls, die in der Regel von seiner Größe abhängt. Ein Low-Power-Modul bietet nicht die erforderliche Kühlung, was aufgrund seiner Überhitzung zu Fehlfunktionen des geschützten elektronischen Elements, beispielsweise eines Prozessors, führen kann. Allerdings kann der Einsatz von Modulen mit zu hoher Leistung dazu führen, dass die Temperatur des Kühlkörpers auf das Niveau von Feuchtigkeitskondensation aus der Luft absinkt, was für elektronische Schaltkreise gefährlich ist. Denn durch Kondensation entsteht ständig Wasser, das zu Kurzschlüssen in den elektronischen Schaltkreisen des Computers führen kann. An dieser Stelle sei daran erinnert, dass der Abstand zwischen stromführenden Leitern auf modernen Leiterplatten oft Bruchteile von Millimetern beträgt. Doch trotz allem waren es die leistungsstarken Peltier-Module als Teil von Hochleistungskühlern und die entsprechenden zusätzlichen Kühl- und Belüftungssysteme, die es KryoTech und AMD in gemeinsamer Forschung ermöglichten, mit traditioneller Technologie hergestellte AMD-Prozessoren auf Frequenzen über 1 zu übertakten GHz, das heißt, sie erhöhen ihre Betriebsfrequenz im Vergleich zu ihrem normalen Betriebsmodus um fast das Zweifache. Und es muss betont werden, dass dieses Leistungsniveau erreicht wurde, während gleichzeitig die notwendige Stabilität und Zuverlässigkeit des Prozessorbetriebs in erzwungenen Modi gewährleistet wurde. Nun, das Ergebnis dieser extremen Übertaktung war ein Leistungsrekord unter Prozessoren mit der 80x86-Architektur und dem Befehlssystem. Und die Firma KryoTech hat mit dem Angebot ihrer Kühlgeräte auf dem Markt gutes Geld verdient. Ausgestattet mit entsprechenden elektronischen Komponenten erwiesen sie sich als gefragte Plattformen für Hochleistungsserver und Workstations. Und AMD erhielt eine Bestätigung für das hohe Niveau seiner Produkte und reichhaltiges experimentelles Material zur weiteren Verbesserung der Architektur seiner Prozessoren. Ähnliche Studien wurden übrigens mit Intel Celeron-, Pentium II- und Pentium III-Prozessoren durchgeführt, wodurch auch eine deutliche Leistungssteigerung erzielt wurde.

Zu beachten ist, dass Peltier-Module im Betrieb relativ viel Wärme abgeben. Aus diesem Grund sollten Sie als Teil des Kühlers nicht nur einen leistungsstarken Lüfter verwenden, sondern auch Maßnahmen zur Reduzierung der Temperatur im Inneren des Computergehäuses ergreifen, um eine Überhitzung anderer Computerkomponenten zu verhindern. Hierzu empfiehlt sich der Einsatz zusätzlicher Lüfter im Computergehäuse, um einen besseren Wärmeaustausch mit der Umgebung außerhalb des Gehäuses zu gewährleisten.

In Abb. Abbildung 6 zeigt das Erscheinungsbild eines aktiven Kühlers, der ein Peltier-Halbleitermodul verwendet.

Reis. 6. Aussehen eines Kühlers mit Peltier-Modul

Es ist zu beachten, dass Kühlsysteme auf Basis von Peltier-Modulen nicht nur in elektronischen Systemen wie Computern eingesetzt werden. Solche Module werden zur Kühlung verschiedener hochpräziser Geräte eingesetzt. Peltier-Module sind für die Wissenschaft von großer Bedeutung. Dies gilt zunächst für experimentelle Forschung in der Physik, Chemie und Biologie.

Informationen zu Peltier-Modulen und Kühlschränken sowie den Eigenschaften und Ergebnissen ihres Einsatzes finden Sie auf Internetseiten, beispielsweise unter folgenden Adressen:

Betriebsmerkmale

Peltier-Module, die als Komponenten zur Kühlung elektronischer Komponenten eingesetzt werden, zeichnen sich durch eine relativ hohe Zuverlässigkeit aus und verfügen im Gegensatz zu Kühlschränken mit herkömmlicher Technologie über keine beweglichen Teile. Und um die Effizienz ihres Betriebs zu steigern, ermöglichen sie, wie oben erwähnt, eine Kaskadennutzung, die es ermöglicht, die Temperatur der Gehäuse der geschützten elektronischen Elemente trotz ihrer erheblichen Verlustleistung auf negative Werte zu bringen.

Neben den offensichtlichen Vorteilen weisen Peltier-Module jedoch auch eine Reihe spezifischer Eigenschaften und Besonderheiten auf, die bei der Verwendung als Bestandteil von Kühlmitteln berücksichtigt werden müssen. Einige davon wurden bereits erwähnt, für die korrekte Anwendung von Peltier-Modulen bedürfen sie jedoch einer genaueren Betrachtung. Zu den wichtigsten Merkmalen zählen folgende Betriebsmerkmale:

• Peltier-Module, die während ihres Betriebs eine große Wärmemenge erzeugen, erfordern das Vorhandensein geeigneter Kühler und Lüfter im Kühler, die überschüssige Wärme effektiv von den Kühlmodulen abführen können. Zu beachten ist, dass thermoelektrische Module sich durch einen relativ niedrigen Leistungskoeffizienten (Wirkungsgrad) auszeichnen und als Wärmepumpe selbst leistungsstarke Wärmequellen darstellen. Die Verwendung dieser Module als Teil von Kühlmitteln für elektronische Computerkomponenten führt zu einem erheblichen Temperaturanstieg innerhalb der Systemeinheit, was häufig zusätzliche Maßnahmen und Mittel zur Reduzierung der Temperatur im Computergehäuse erfordert. Andernfalls führt die erhöhte Temperatur im Inneren des Gehäuses nicht nur zu Betriebsschwierigkeiten für die geschützten Elemente und deren Kühlsysteme, sondern auch für die übrigen Computerkomponenten. Hervorzuheben ist auch, dass Peltier-Module eine relativ starke Zusatzlast für die Stromversorgung darstellen. Unter Berücksichtigung der Stromaufnahme von Peltier-Modulen muss die Leistung des Computer-Netzteils mindestens 250 W betragen. All dies führt dazu, dass es ratsam ist, ATX-Motherboards und -Gehäuse mit ausreichend leistungsstarken Netzteilen zu wählen. Die Verwendung dieses Designs erleichtert es Computerkomponenten, optimale thermische und elektrische Bedingungen zu schaffen. Zu beachten ist, dass es Peltier-Kühlschränke mit eigener Stromversorgung gibt.
• Das Peltier-Modul isoliert im Falle seines Ausfalls das gekühlte Element vom Kühlerkühler. Dies führt zu einer sehr schnellen Störung des thermischen Regimes des geschützten Elements und zu dessen schnellem Ausfall durch anschließende Überhitzung.
• Niedrige Temperaturen, die beim Betrieb von Peltier-Kühlschränken mit Überschussleistung auftreten, tragen zur Kondensation von Feuchtigkeit aus der Luft bei. Dies stellt eine Gefahr für elektronische Bauteile dar, da durch Kondensation Kurzschlüsse zwischen Bauteilen entstehen können. Um diese Gefahr auszuschließen, empfiehlt es sich, Peltier-Kühlschränke mit optimaler Leistung zu verwenden. Ob es zur Kondensation kommt oder nicht, hängt von mehreren Parametern ab. Die wichtigsten sind: Umgebungstemperatur (in diesem Fall die Lufttemperatur im Inneren des Gehäuses), die Temperatur des gekühlten Objekts und die Luftfeuchtigkeit. Je wärmer die Luft im Inneren des Gehäuses und je höher die Luftfeuchtigkeit, desto wahrscheinlicher ist es, dass Feuchtigkeit kondensiert und die elektronischen Komponenten des Computers ausfallen. Nachfolgend finden Sie eine Tabelle, die die Abhängigkeit der Temperatur der Feuchtigkeitskondensation an einem gekühlten Objekt in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit und der Umgebungstemperatur veranschaulicht. Anhand dieser Tabelle können Sie ganz einfach feststellen, ob die Gefahr einer Kondenswasserbildung besteht oder nicht. Beträgt die Außentemperatur beispielsweise 25 °C und die Luftfeuchtigkeit 65 %, kommt es zu Feuchtigkeitskondensation am gekühlten Objekt, wenn dessen Oberflächentemperatur unter 18 °C liegt.

Kondensationstemperatur der Feuchtigkeit

Feuchtigkeit, %
Temperatur Umgebungstemperatur, °C	30	35	40	45	50	55	60	65	70
30	11	13	15	17	18	20	21	23	24
29	10	12	14	16	18	19	20	22	23
28	9	11	13	15	17	18	20	21	22
27	8	10	12	14	16	17	19	20	21
26	7	9	11	13	15	16	18	19	20
25	6	9	11	12	14	15	17	18	19
24	5	8	10	11	13	14	16	17	18
23	5	7	9	10	12	14	15	16	17
22	4	6	8	10	11	13	14	15	16
21	3	5	7	9	10	12	13	14	15
20	2	4	6	8	9	11	12	13	14

Zusätzlich zu diesen Merkmalen müssen eine Reihe spezifischer Umstände berücksichtigt werden, die mit der Verwendung thermoelektrischer Peltier-Module als Teil von Kühlern zur Kühlung leistungsstarker Zentralprozessoren leistungsstarker Computer verbunden sind.

Die Architektur moderner Prozessoren und einiger Systemprogramme sorgt dafür, dass sich der Stromverbrauch je nach Auslastung der Prozessoren ändert. Dadurch können Sie ihren Energieverbrauch optimieren. Dafür sorgen übrigens auch Energiesparstandards, die durch bestimmte Funktionen der Hard- und Software moderner Computer unterstützt werden. Unter normalen Bedingungen wirkt sich die Optimierung des Prozessorbetriebs und seines Stromverbrauchs positiv sowohl auf das Wärmeregime des Prozessors selbst als auch auf die gesamte Wärmebilanz aus. Es ist jedoch zu beachten, dass Modi mit periodischen Änderungen des Stromverbrauchs möglicherweise nicht mit Kühlmitteln für Prozessoren kompatibel sind, die Peltier-Module verwenden. Dies liegt daran, dass bestehende Peltier-Kühlschränke in der Regel für den Dauerbetrieb ausgelegt sind. In diesem Zusammenhang ist die Verwendung einfacher Peltier-Kühlschränke ohne Steuerungsmöglichkeiten in Verbindung mit Kühlprogrammen wie beispielsweise CpuIdle sowie mit Windows NT/2000- oder Linux-Betriebssystemen nicht zu empfehlen.

Wenn der Prozessor in einen Modus mit reduziertem Stromverbrauch und damit reduzierter Wärmeableitung wechselt, ist eine deutliche Senkung der Temperatur des Prozessorgehäuses und des Kristalls möglich. Eine Unterkühlung des Prozessorkerns kann in manchen Fällen zu einem vorübergehenden Betriebsausfall und damit zu einem dauerhaften Einfrieren des Computers führen. Es muss daran erinnert werden, dass laut Intel-Dokumentation die Mindesttemperatur, bei der der korrekte Betrieb serieller Pentium-II- und Pentium-III-Prozessoren gewährleistet ist, in der Regel +5 °C beträgt, obwohl sie, wie die Praxis zeigt, auch bei niedrigeren Temperaturen gut funktionieren.

Einige Probleme können auch durch den Betrieb einer Reihe integrierter Funktionen entstehen, beispielsweise derjenigen, die Kühlerlüfter steuern. Insbesondere beinhalten die Energieverwaltungsmodi des Prozessors in einigen Computersystemen die Änderung der Geschwindigkeit der Kühlventilatoren über die integrierte Hardware des Motherboards. Unter normalen Bedingungen wird dadurch die thermische Leistung des Computerprozessors deutlich verbessert. Bei der Verwendung einfachster Peltier-Kühlschränke kann eine Verringerung der Drehzahl jedoch zu einer Verschlechterung des thermischen Regimes mit fatalen Folgen für den Prozessor aufgrund seiner Überhitzung durch das in Betrieb befindliche Peltier-Modul führen, was zusätzlich zur Leistung führt Die Funktionen einer Wärmepumpe sind eine leistungsstarke zusätzliche Wärmequelle.

Es ist zu beachten, dass Peltier-Kühlschränke wie bei Computer-Zentralprozessoren eine gute Alternative zu herkömmlichen Mitteln zur Kühlung von Video-Chipsätzen sein können, die in modernen Hochleistungs-Videoadaptern verwendet werden. Der Betrieb solcher Video-Chipsätze geht mit einer erheblichen Wärmeentwicklung einher und unterliegt in der Regel keinen plötzlichen Änderungen ihrer Betriebsmodi.

Um Probleme mit Modi mit variablem Stromverbrauch zu vermeiden, die zu Feuchtigkeitskondensation aus der Luft und möglicher Unterkühlung und in manchen Fällen sogar zur Überhitzung geschützter Elemente wie Computerprozessoren führen, sollten Sie die Verwendung solcher Modi und einer Reihe integrierter Funktionen vermeiden. Alternativ können aber auch Kühlsysteme eingesetzt werden, die eine intelligente Steuerung für Peltier-Kühlschränke ermöglichen. Solche Tools können nicht nur den Betrieb von Lüftern steuern, sondern auch die Betriebsmodi der thermoelektrischen Module selbst ändern, die als Teil aktiver Kühler verwendet werden.

Es gibt Berichte über Experimente zur direkten Einbettung von Miniatur-Peltier-Modulen in Prozessorchips, um deren kritischste Strukturen zu kühlen. Diese Lösung fördert eine bessere Kühlung durch Reduzierung des Wärmewiderstands und kann die Betriebsfrequenz und Leistung von Prozessoren deutlich steigern.

Viele Forschungslabore arbeiten an der Verbesserung von Systemen zur Gewährleistung optimaler Temperaturbedingungen für elektronische Elemente. Und Kühlsysteme mit thermoelektrischen Peltier-Modulen gelten als äußerst vielversprechend.

Beispiele für Peltier-Kühlschränke

Vor relativ kurzer Zeit erschienen im Inland hergestellte Peltier-Module auf dem Computermarkt. Dabei handelt es sich um einfache, zuverlässige und relativ günstige (7–15 $) Geräte. Normalerweise ist kein Lüfter im Lieferumfang enthalten. Dennoch ermöglichen solche Module nicht nur das Kennenlernen vielversprechender Kühlsysteme, sondern auch deren bestimmungsgemäßen Einsatz in Schutzsystemen für Computerkomponenten. Hier sind kurze Parameter einer der Proben.

Modulgröße (Abb. 7) – 40 x 40 mm, maximaler Strom – 6 A, maximale Spannung – 15 V, Leistungsaufnahme – bis zu 85 W, Temperaturunterschied – mehr als 60 °C. Durch die Bereitstellung eines leistungsstarken Lüfters ist das Modul in der Lage, den Prozessor mit einer Verlustleistung von bis zu 40 W zu schützen.

Reis. 7. Aussehen des Kühlschranks PAP2X3B

Es gibt sowohl leistungsschwächere als auch leistungsstärkere Versionen heimischer Peltier-Module auf dem Markt.

Das Angebot an ausländischen Geräten ist viel größer. Nachfolgend finden Sie Beispiele für Kühlschränke, bei deren Konstruktion thermoelektrische Peltier-Module verwendet werden.

Aktive Peltier-Kühlschränke von Computernerd

Name	Hersteller-Lieferanten	Lüfterparameter	CPU
PAX56B	Computerfreak	kugelgelagert	Pentium/MMX bis 200 MHz, 25 W
PA6EXB	Computerfreak	Doppelkugellager, Drehzahlmesser	Pentium MMX bis 40 W
DT-P54A	DesTech-Lösungen	Doppelkugellager	Pentium
AC-P2	AOC-Kühler	Kugellager	Pentium II
PAP2X3B	Computerfreak	3 Kugellager	Pentium II
STEP-UP-53X2	Stufenthermodynamik	2 Kugellager	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	Computerfreak	3 Kugellager, Drehzahlmesser	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier	Computerfreak	3 Kugellager, Drehzahlmesser	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier	Computerfreak	3 Kugellager, Drehzahlmesser	Pentium II, Celeron

Der PAX56B-Kühlschrank ist für die Kühlung von Pentium- und Pentium-MMX-Prozessoren von Intel, Cyrix und AMD mit Frequenzen bis zu 200 MHz konzipiert. Ein thermoelektrisches Modul mit den Maßen 30 x 30 mm ermöglicht es dem Kühlschrank, eine Prozessortemperatur unter 63 °C bei einer Verlustleistung von 25 W und einer Außentemperatur von 25 °C aufrechtzuerhalten. Aufgrund der Tatsache, dass die meisten Prozessoren weniger Energie verbrauchen, können Sie mit diesem Kühler die Prozessortemperatur viel niedriger halten als mit vielen alternativen Kühlern, die auf Kühlern und Lüftern basieren. Das Peltier-Modul des PAX56B-Kühlschranks wird von einer 5-V-Quelle gespeist, die maximal 1,5 A liefern kann. Der Lüfter dieses Kühlschranks benötigt eine Spannung von 12 V und einen Strom von maximal 0,1 A. Parameter des Kühlschranklüfters PAX56B: Kugellager, 47,5 mm, 65000 Stunden, 26 dB. Die Gesamtgröße dieses Kühlschranks beträgt 25 x 25 x 28,7 mm. Der geschätzte Preis des PAX56B-Kühlschranks beträgt 35 US-Dollar. Der angegebene Preis richtet sich nach der Preisliste des Unternehmens für Mitte 2000.

Der PA6EXB-Kühlschrank ist für die Kühlung leistungsstärkerer Pentium-MMX-Prozessoren mit einer Verlustleistung von bis zu 40 W konzipiert. Dieser Kühlschrank ist für alle Prozessoren von Intel, Cyrix und AMD geeignet, die über Sockel 5 oder Sockel 7 angeschlossen werden. Das im PA6EXB-Kühlschrank enthaltene thermoelektrische Peltier-Modul hat eine Größe von 40 x 40 mm und verbraucht einen maximalen Strom von 8 A (normalerweise 3 A). bei einer Spannung von 5 B mit Anschluss über einen Standard-Computer-Stromanschluss. Die Gesamtgröße des PA6EXB-Kühlschranks beträgt 60 x 60 x 52,5 mm. Bei der Installation dieses Kühlschranks ist es für einen guten Wärmeaustausch zwischen dem Kühler und der Umgebung erforderlich, um den Kühlschrank herum einen Freiraum von mindestens 10 mm oben und 2,5 mm an den Seiten vorzusehen. Der PA6EXB-Kühlschrank bietet eine Prozessortemperatur von 62,7 °C bei einer Verlustleistung von 40 W und einer Außentemperatur von 45 °C. Angesichts des Funktionsprinzips des in diesem Kühlschrank enthaltenen thermoelektrischen Moduls ist es zur Vermeidung von Feuchtigkeitskondensation und Kurzschlüssen erforderlich, die Verwendung von Programmen zu vermeiden, die den Prozessor für längere Zeit in den Ruhemodus versetzen. Der ungefähre Preis für einen solchen Kühlschrank beträgt 65 $. Der angegebene Preis richtet sich nach der Preisliste des Unternehmens für Mitte 2000.

Der Kühlschrank DT-P54A (auch bekannt als PA5B von Computernerd) ist für Pentium-Prozessoren konzipiert. Einige Unternehmen, die diese Kühlschränke auf dem Markt anbieten, empfehlen sie jedoch auch Benutzern von Cyrix/IBM 6x86 und AMD K6. Der im Kühlschrank enthaltene Heizkörper ist recht klein. Seine Abmessungen betragen 29x29 mm. Der Kühlschrank verfügt über einen eingebauten Temperatursensor, der Sie bei Bedarf auf eine Überhitzung aufmerksam macht. Es steuert auch das Peltier-Element. Das Kit enthält ein externes Überwachungsgerät. Es übernimmt die Funktionen der Überwachung der Spannung und des Betriebs des Peltier-Elements selbst, des Betriebs des Lüfters sowie der Temperatur des Prozessors. Das Gerät erzeugt einen Alarm, wenn das Peltier-Element oder der Lüfter ausfällt, der Lüfter mit weniger als 70 % der erforderlichen Geschwindigkeit (4500 U/min) dreht oder wenn die Prozessortemperatur über 145 °F (63 °C) steigt. Steigt die Prozessortemperatur über 100 °F (38 °C), wird das Peltier-Element automatisch eingeschaltet, andernfalls befindet es sich im Abschaltmodus. Letztere Funktion beseitigt Probleme im Zusammenhang mit Feuchtigkeitskondensation. Leider ist das Element selbst so fest mit dem Kühler verklebt, dass es unmöglich ist, es zu trennen, ohne seine Struktur zu zerstören. Dadurch ist ein Einbau auf einen anderen, leistungsstärkeren Kühler nicht möglich. Das Design des Lüfters zeichnet sich durch ein hohes Maß an Zuverlässigkeit aus und verfügt über hohe Parameter: Versorgungsspannung – 12 V, Drehzahl – 4500 U/min, Luftzufuhrgeschwindigkeit – 6,0 CFM, Stromverbrauch – 1 W, Geräuscheigenschaften – 30 dB. Dieser Kühlschrank ist sehr effizient und nützlich zum Übertakten. In einigen Fällen der Übertaktung eines Prozessors sollten Sie jedoch einfach einen großen Kühler und einen guten Kühler verwenden. Der Preis für diesen Kühlschrank liegt zwischen 39 und 49 US-Dollar. Der angegebene Preis richtet sich nach der Preisliste mehrerer Unternehmen mit Stand Mitte 2000.

Der AC-P2-Kühlschrank ist für Pentium II-Prozessoren konzipiert. Das Kit enthält einen 60-mm-Kühler, einen Radiator und ein 40-mm-Peltier-Element. Nicht geeignet für Pentium II-Prozessoren ab 400 MHz, da SRAM-Speicherchips praktisch nicht gekühlt werden. Der geschätzte Preis für Mitte 2000 beträgt 59 US-Dollar.

Der Kühlschrank PAP2X3B (Abb. 8) ähnelt dem AOC AC-P2. Es fügt zwei 60-mm-Kühler hinzu. Probleme mit der Kühlung des SRAM-Speichers bleiben ungelöst. Es ist zu beachten, dass die Verwendung des Kühlschranks in Verbindung mit Kühlprogrammen wie beispielsweise CpuIdle sowie unter Windows NT- oder Linux-Betriebssystemen nicht empfohlen wird, da es zu Feuchtigkeitskondensation auf dem Prozessor kommen kann. Der geschätzte Preis für Mitte 2000 beträgt 79 US-Dollar.

Reis. 8. Aussehen des Kühlschranks PAP2X3B

Der Kühlschrank STEP-UP-53X2 ist mit zwei Lüftern ausgestattet, die eine große Luftmenge durch den Kühler pumpen. Geschätzter Preis für Mitte 2000: 79 $ (Pentium II), 69 $ (Celeron).

Kühlschränke der Bcool-Serie von Computernerd (PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier, PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier, PAP2CX3B-10S, BCool-EST PC-Peltier) sind für Pentium II- und Celeron-Prozessoren konzipiert und weisen ähnliche Eigenschaften auf, die vorgestellt werden in der folgenden Tabelle.

Kühlschränke der BCool-Serie

Artikel		PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier							PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier
Empfohlene Prozessoren		Pentium II und Celeron
Anzahl der Fans		3
Zentralventilatortyp		Kugelgelagert, Drehzahlmesser (12 V, 120 mA)
Größe des mittleren Lüfters		60x60x10 mm
Externer Lüftertyp		Kugellager	Kugelgelagert, Drehzahlmesser							Kugellager, Thermistor
Externe Lüftergröße		60x60x10 mm	60x60x25 mm
Spannung, Strom		12 V, 90 mA	12 V, 130 mA							12 V, 80–225 mA
Gesamter Fan-Abdeckungsbereich		84,9 cm²
Gesamtstrom für Lüfter (Leistung)		300mA (3,6 W)	380mA (4,56 W)							280–570 mA (3,36–6,84 W)
Anzahl der Pins am Kühlkörper (Mitte)		63 lang und 72 kurz
Anzahl der Pins am Kühlkörper (jede Kante)		45 lang und 18 kurz
Gesamtzahl der Pins am Kühlkörper		153 lang und 108 kurz
Kühlerabmessungen (Mitte)		57x59x27 mm (inkl. thermoelektrischem Modul)
Kühlerabmessungen (jede Kante)		41x59x32 mm
Allgemeine Heizkörperabmessungen		145x59x38 mm (inkl. thermoelektrischem Modul)
Allgemeine Abmessungen des Kühlschranks		145x60x50 mm	145x60x65 mm
Gewicht des Kühlschranks		357 Gramm	416 Gramm							422 Gramm
Garantie		5 Jahre
Geschätzter Preis (2000)		$74.95	$79.95							$84.95

Es ist zu beachten, dass zur BCool-Kühlschrankgruppe auch Geräte gehören, die ähnliche Eigenschaften aufweisen, jedoch keine Peltier-Elemente aufweisen. Solche Kühlschränke sind natürlich günstiger, aber auch weniger effektiv zur Kühlung von Computerkomponenten.

Bei der Erstellung dieses Artikels wurden Materialien aus dem Buch „PC: Einstellungen, Optimierung und Übertaktung“ verwendet. 2. Aufl., überarbeitet. und zusätzlich - St. Petersburg: BHV - Petersburg. 2000. - 336 S.