Apa yang dimaksud dengan elemen Peltier, strukturnya, prinsip operasi dan penerapan praktisnya. Mulai dalam sains Bekerja berdasarkan prinsip efek Peltier

Teks karya diposting tanpa gambar dan rumus.
Versi lengkap karya ini tersedia di tab "File Kerja" dalam format PDF

Perkenalan

Efek Peltier adalah fenomena termoelektrik di mana panas dilepaskan atau diserap ketika arus listrik lewat pada titik kontak (persimpangan) dua konduktor yang berbeda.

Efek Seebeck adalah fenomena terjadinya EMF pada suatu rangkaian listrik tertutup yang terdiri dari penghantar-penghantar berbeda yang dihubungkan seri, yang kontak-kontaknya berada pada suhu yang berbeda.

Kedua efek ini ditemukan pada abad ke-19: J. Peltier pada tahun 1834, inti dari fenomena tersebut dieksplorasi beberapa tahun kemudian - pada tahun 1838 oleh Lenz, yang melakukan percobaan di mana ia menempatkan setetes air dalam ceruk di pertemuan dua batang bismut dan antimon. T. I. Seebeck menemukan efek dengan nama yang sama pada tahun 1821. Pada tahun 1822, ia mempublikasikan hasil eksperimennya dalam artikel “Tentang pertanyaan tentang polarisasi magnetik logam dan bijih tertentu yang timbul dalam kondisi perbedaan suhu,” yang diterbitkan dalam laporan dari Akademi Ilmu Pengetahuan Prusia

Saya tertarik dengan topik ini karena elemen yang ditemukan pada abad ke-19 masih digunakan secara efektif di perangkat modern. Terlepas dari kenyataan bahwa dalam setiap kasus tertentu elemen dengan parameter yang diperlukan dipilih, teori dan sumber menunjukkan bahwa elemen tersebut dapat dipertukarkan. Apakah ini benar atau tidak, kami berencana untuk memeriksanya dalam penelitian kami.

Rumusan masalah:

Kedua efek tersebut (efek Peltier dan efek Seebeck) banyak digunakan dalam teknologi modern, dan prinsip pengoperasian elemen yang dibuat berdasarkan efek tersebut dapat dipahami sebagai bagian dari kursus fisika sekolah. Sedangkan efek tersebut tidak disebutkan dalam mata pelajaran fisika sekolah. Karya ini, selain makna terapannya, juga memiliki aspek metodologis penting terkait dengan pencantuman uraian berbagai capaian keilmuan dalam mata kuliah sekolah.

Hipotesis penelitian: Terdapat perbedaan saat menggunakan efek Peltier dan Seebeck langsung dan terbalik.

Tujuan penelitian: mengidentifikasi ciri khas efek Peltier dan efek Seebeck bila digunakan dalam arah maju dan mundur.

Tujuan penelitian:

Pelajari sejarah ditemukannya efek Peltier dan efek Seebeck.

Mempelajari ciri-ciri efek Peltier langsung dan terbalik, efek Seebeck langsung dan terbalik.

Buat pengaturan untuk melakukan percobaan.

Melakukan serangkaian percobaan untuk menguji hipotesis.

Analisis hasil percobaan dan tarik kesimpulan apakah hipotesis tersebut terbukti atau tidak.

Objek studi: Elemen Peltier dan elemen Seebeck.

Subyek studi: ciri-ciri efek langsung dan terbalik dari efek Peltier serta efek Seebeck langsung dan terbalik.

Metode penelitian

Metode berikut digunakan dalam penelitian ini:

1. Teoritis:

Analisis sumber informasi sejarah penemuan efek Peltier dan Seebeck yang dibahas dalam karya,

Analisis informasi tentang prinsip kerja elemen Peltier dan Seebeck,

Analisis data eksperimen yang diperoleh.

Induksi tidak lengkap : merumuskan suatu kesimpulan berdasarkan data yang tidak mencakup seluruh aspek dan kemungkinan kombinasi ciri-ciri objek yang diteliti.

2. Empiris:

Melakukan serangkaian percobaan untuk menguji hipotesis.

Penelitian ini bersifat terapan. Hasil penelitian akan memberikan jawaban tentang efektivitas pertukaran elemen Peltier dan Seebeck.

Analisis sumber

Saat menjelaskan efek yang diteliti, semua sumber menyebutkan bahwa ada “efek Peltier dan efek kebalikannya, yang disebut efek Seebeck”, sedangkan efek kebalikan Seebeck tidak disebutkan. Dalam karya ini, selain menemukan efek Peltier langsung dan terbalik serta membandingkan efek Peltier terbalik dengan efek Seebeck langsung, kita juga akan menguji keberadaan efek Seebeck terbalik.

Relevansi masalah yang diteliti ditunjukkan oleh perhatian yang diberikan buku-buku teks asing untuk mempelajari dampak-dampak ini. Mereka tidak hanya memberikan gambaran tentang efek yang sedang dipertimbangkan, tetapi juga penjelasannya, dan juga berbicara tentang penerapannya.

Situs web produsen peralatan pendidikan Rusia, 3B Scientific LLC, menawarkan instalasi laboratorium "Seebeck Effect" senilai RUB 229.873,00. , yang disertai dengan pengembangan metodologis. Setelah mempelajarinya, kami sampai pada kesimpulan bahwa percobaan semacam itu dapat dilakukan pada peralatan yang tidak memerlukan biaya tinggi.

Bagian utama dari efek Pelte

Efek Peltier adalah fenomena termoelektrik perpindahan energi selama aliran arus listrik pada titik kontak (persimpangan) dua konduktor yang berbeda, dari satu konduktor ke konduktor lainnya. Ini juga merupakan efek kebalikan dari efek Seebeck, tetapi juga dapat menjalankan fungsinya.

Ketika satu sisi dipanaskan dan sisi lainnya didinginkan, elemen ini dapat menghasilkan listrik. Dan juga unsur ini mempunyai pengaruh sebaliknya, yaitu bila unsur ini disambungkan dengan listrik maka salah satu sisinya akan mendingin dan sisi lainnya akan memanas.

Penyebab terjadinya fenomena Peltier adalah sebagai berikut. Pada kontak dua zat terdapat beda potensial kontak, yang menciptakan medan kontak internal. Jika arus listrik mengalir melalui suatu kontak, maka medan ini akan memudahkan aliran arus atau menghalanginya. Jika arus mengalir melawan bidang kontak, maka sumber eksternal harus mengeluarkan energi tambahan, yang dilepaskan dalam kontak, yang akan menyebabkan pemanasannya. Jika arus mengalir searah dengan medan kontak, maka arus tersebut dapat didukung oleh medan tersebut, yang melakukan kerja pergerakan muatan. Energi yang diperlukan untuk ini diambil dari zat, yang menyebabkan pendinginan pada titik kontak.

Efek Seebeck

Jika terdapat gradien suhu di sepanjang konduktor, maka elektron di ujung panas memperoleh energi dan kecepatan lebih tinggi daripada di ujung dingin; dalam semikonduktor, selain itu, konsentrasi elektron konduksi meningkat seiring dengan peningkatan suhu. Hasilnya adalah aliran elektron dari ujung panas ke ujung dingin. Muatan negatif terakumulasi di ujung dingin, dan muatan positif yang tidak terkompensasi tetap berada di ujung panas. Proses akumulasi muatan berlanjut hingga beda potensial yang dihasilkan menyebabkan aliran elektron dalam arah yang berlawanan, sama dengan arah primer, sehingga terciptalah kesetimbangan.

GGL yang kejadiannya dijelaskan oleh mekanisme ini disebut ggl volumetrik.

Fitur elemen Peltier dan Seebeck

Ciri utama elemen ini adalah elemen Peltier mempunyai efek sebaliknya, namun elemen Seebeck tidak. Padahal efek kebalikan dari elemen Peltier adalah efek elemen Seebeck.

Akibatnya, efek Seebeck banyak digunakan di berbagai bidang.

Elemen Peltier adalah kebalikan dari perangkat yang didasarkan pada efek Seebeck. Dalam hal ini, sebaliknya, di bawah pengaruh arus listrik, perbedaan suhu terbentuk di lokasi kerja struktur. Jadi, dengan bantuan arus listrik, panas dipindahkan dari satu termokopel ke termokopel lainnya. Ketika arah arus berubah, sisi yang dipanaskan akan mengambil keadaan sebaliknya.

Efek ini terjadi pada dua konduktor berbeda dengan konduktivitas yang sama. Pada masing-masing elektron memiliki nilai energi yang berbeda-beda dan letaknya pada jarak yang sangat dekat satu sama lain. Akibatnya, muatan akan berpindah dari satu medium ke medium lain, dan elektron dengan energi lebih tinggi dengan latar belakang tingkat rendah akan melepaskan kelebihannya ke kisi kristal, menyebabkan pemanasan. Sebaliknya, jika ada kekurangan energi, energi tersebut ditransfer dari kisi kristal, menyebabkan pendinginan pada sambungan.

Penerapan efek Peltier dan efek Seebeck

Efek yang dipelajari digunakan untuk membuat sensor termal, generator termoelektrik, dan juga digunakan di komputer untuk meningkatkan pendinginan prosesor.

Saat ini, efek Seebeck diterapkan pada sensor terintegrasi, di mana pasangan material yang sesuai diendapkan pada permukaan substrat semikonduktor. Contoh sensor tersebut adalah termokopel untuk mendeteksi radiasi termal. Karena silikon memiliki koefisien Seebeck yang cukup besar, detektor termoelektrik yang sangat sensitif dibuat berdasarkan silikon tersebut.

Salah satu keterbatasan signifikan yang muncul saat menggunakan konverter termoelektrik adalah koefisien efisiensi yang rendah - 3-8%. Tetapi jika tidak mungkin memasang saluran listrik standar, dan beban pada jaringan diperkirakan kecil, maka penggunaan generator termoelektrik sepenuhnya dibenarkan. Faktanya, perangkat yang beroperasi dengan efek Seebeck dapat digunakan di berbagai bidang:

1. Pasokan energi untuk teknologi antariksa;

2. Penyediaan tenaga listrik untuk peralatan gas dan minyak;

3. Generator rumah tangga;

4. Sistem navigasi kelautan;

5. Sistem pemanas;

6. Pengoperasian limbah panas kendaraan;

7. Konverter energi surya;

8. Pengonversi panas yang dihasilkan oleh sumber alam (misalnya air panas bumi).

Efek Peltier digunakan dalam dua situasi: ketika panas perlu disuplai ke sambungan material, atau dihilangkan, yang dilakukan dengan mengubah arah arus. Properti ini telah menemukan penerapannya pada perangkat yang memerlukan kontrol suhu yang tepat. Elemen Peltier digunakan dalam situasi di mana pendinginan dengan perbedaan suhu yang kecil diperlukan, atau efisiensi energi pendingin tidak penting. Misalnya, elemen Peltier digunakan pada lemari es mobil kecil, karena penggunaan kompresor dalam hal ini tidak mungkin dilakukan karena dimensinya yang terbatas dan, selain itu, daya pendinginan yang dibutuhkan kecil.

Selain itu, elemen Peltier digunakan untuk mendinginkan perangkat yang dilengkapi muatan listrik pada kamera digital. Oleh karena itu, pengurangan kebisingan termal yang nyata dapat dicapai selama eksposur lama (misalnya dalam astrofotografi). Elemen Peltier multistage digunakan untuk mendinginkan penerima radiasi dalam sensor inframerah.

Elemen Peltier juga sering digunakan:

1. Untuk pendinginan dan kontrol suhu laser dioda untuk menstabilkan panjang gelombang radiasi;

2. Di bidang teknologi komputer;

3. Pada alat radioelektrik;

4. Dalam bidang peralatan kesehatan dan farmasi;

5. Pada peralatan rumah tangga;

6. Pada peralatan pengatur suhu;

7. Di termostat;

8. Pada peralatan optik;

9. Untuk mengontrol proses kristalisasi;

10. Sebagai pemanasan awal untuk keperluan pemanasan;

11. Untuk mendinginkan minuman;

12. Di laboratorium dan instrumen ilmiah;

13. Pada pembuat es;

14. Di AC;

15. Untuk menghasilkan listrik;

16. Dalam pengukur aliran air elektronik.

Tentu saja, perangkat pendingin Peltier hampir tidak cocok untuk penggunaan massal. Mereka cukup mahal dan memerlukan pengoperasian yang benar. Saat ini, ini lebih merupakan alat untuk overclocker prosesor. Namun, jika prosesor perlu didinginkan secara berlebihan, pendingin Peltier adalah perangkat yang paling efektif.

Ada laporan percobaan penanaman modul miniatur Peltier langsung ke dalam chip prosesor untuk mendinginkan struktur paling kritisnya. Solusi ini mendorong pendinginan yang lebih baik dengan mengurangi ketahanan termal dan secara signifikan dapat meningkatkan frekuensi pengoperasian dan kinerja prosesor.

Upaya untuk meningkatkan sistem untuk memastikan kondisi suhu optimal untuk elemen elektronik sedang dilakukan oleh banyak laboratorium penelitian. Dan sistem pendingin yang menggunakan modul termoelektrik Peltier dianggap sangat menjanjikan.

Deskripsi pengaturan eksperimental

Untuk melakukan percobaan, pengaturan dibuat untuk mendapatkan data yang diperlukan.

Untuk mengurangi pertukaran panas dengan lingkungan, perlu dibuat termostat. Dalam instalasi eksperimental, hal ini dicapai dengan bantuan bahan isolasi termal yang digunakan selama konstruksi, di mana dua bak dibuat, dipisahkan dalam satu wadah oleh elemen Peltier, dalam kasus lain oleh elemen Seebeck. Kotak jus tahan air digunakan sebagai bak mandi. Elemen kedap air dicapai dengan menggunakan lem.

Untuk melakukan percobaan, elemen Peltier dan Seebeck dengan karakteristik serupa dipilih: tegangan operasi dan daya.

Multimeter digunakan sebagai alat ukur untuk mencatat suhu.

Nilai tegangan juga diambil dengan menggunakan multimeter atau voltmeter.

Prosedur percobaan

Tergantung pada elemen yang diteliti, air dengan suhu berbeda dituangkan ke bagian bak mandi yang berbeda (efek Seebeck langsung dan efek Peltier terbalik), atau air dengan suhu yang sama untuk mendeteksi efek Peltier langsung dan efek Seebeck terbalik).

Pembacaan sensor suhu dimasukkan ke dalam tabel (Lampiran 1), yang menjadi dasar pembuatan grafik tegangan versus suhu.

Setiap percobaan dilakukan selama 7 – 10 menit.

Hasil percobaan

Berdasarkan data yang diperoleh selama empat percobaan, grafik dibuat

Selama percobaan, efek Seebeck langsung dan efek Peltier terbalik diamati untuk elemen yang bersesuaian, yang nilai tegangannya kira-kira sama. Terlihat dari grafik, ketergantungan tegangan pada elemen terhadap perbedaan suhu permukaan adalah serupa. Perbedaan makna tersebut disebabkan adanya perbedaan ciri-ciri bendanya.

Perbandingan efek Peltier langsung dan efek Seebeck terbalik

Membalikkan efek Seebeck

Seperti dapat dilihat dari grafik, dengan mempertimbangkan kesalahan yang terkait dengan fitur desain perangkat (ditunjukkan dalam instruksi), kita dapat berasumsi bahwa suhu tidak berubah selama percobaan, yang menunjukkan bahwa efek Seebeck sebaliknya tidak terjadi. tercatat.

Hal ini dapat dinilai dari grafik dengan penambahan garis tren

Efek Peltier langsung

Eksperimen tersebut mengkonfirmasi adanya efek Peltier langsung: di satu bagian bak mandi suhunya meningkat, di bagian lain suhunya turun.

Kesimpulan serupa juga diperoleh dari analisis perubahan perbedaan suhu antara kedua sisi elemen Peltier.

Kesimpulan:

Elemen Peltier mempunyai efek langsung dan efek sebaliknya. Elemen Seebeck hanya dapat digunakan pada arah depan.

KESIMPULAN

Saat mengerjakan penelitian, berdasarkan sumber yang tersedia, sejarah dan ciri-ciri efek Peltier langsung dan terbalik, efek Seebeck langsung dan terbalik dipelajari.

Penciptaan instalasi yang efektif memungkinkan dilakukannya eksperimen yang direncanakan dengan cara yang berkualitas tinggi untuk mengkonfirmasi hipotesis yang diajukan.

Studi tersebut mengungkap ciri khas efek Peltier dan efek Seebeck bila digunakan dalam arah maju dan mundur.

Asumsi tentang tidak adanya efek Seebeck terbalik sepenuhnya terkonfirmasi. Berdasarkan pernyataan tersebut, perlu diingat bahwa unsur-unsur seperti unsur Peltier dan Seebeck lebih efektif bila digunakan sesuai peruntukannya, meskipun efek Seebeck langsung dan efek Peltier sebaliknya dapat digunakan. Sekalipun ada kesamaan struktural, untuk mematuhi teknologi, seseorang harus bekerja dengan efek tertentu.

Setelah mempelajari efek Peltier secara mendetail, kita dapat menyimpulkan: meskipun penggunaan efek Peltier memerlukan tindakan dan penelitian tambahan untuk mempelajari penggunaan modul Peltier yang aman dan rasional sebagai perangkat pendingin, fenomena ini sangat menjanjikan.

DAFTAR REFERENSI YANG DIGUNAKAN

1. Landau L.D., Lifshits E.M. Fisika teoretis: Buku Teks. panduan: Untuk universitas. Dalam 10. jilid T. VIII. Elektrodinamika media kontinu. - Edisi ke-4, stereot.-m.: Fizmatlit, 2000. - 656 hal.

2. Narkevich I.I. Fisika: Buku Teks/ I.I. Narkevich, E.I. Vomlyansky, S.I. Secara publik. - Mn.: Pengetahuan baru, 2004. - 680 hal.

3. Rowell G., Herbert S. Fisika / Terjemahan. dari bahasa Inggris diedit oleh V.G. Razumovsky. - M.: Pendidikan, 1994. - 576 hal.: sakit.

4. Sivuhin S.D. Mata kuliah fisika umum - M.: Nauka, 1977. - T.3. Listrik.- Hlm.490-494.

5.. Fisika: Ensiklopedia./ Bawah. Ed. Yu.V. Prokhorova. - M.: Ensiklopedia Besar Rusia, 2003. - 944 hal.: sakit., 2 hal. warna

6. Ensiklopedia Fisik, vol.5. Perangkat stroboskopik - kecerahan / Bab. ed. SAYA. Prokhorov. Ed. Kol.: D.M. Baldin, Ensiklopedia Besar Rusia, 1998. - 760 hal.

7.Vladimir Lank, Miroslav Vondra. Fizika v koke. - Ceska republika: FRAGMENT, 2000. - 120 hal. Buku teks untuk sekolah menengah, Republik Slovakia.

8. Tsokos K.A. Fisika untuk IB Diploma. Edisi kelima. - Inggris: Cambridge University Press, 2004. - 850 hal. Buku teks untuk Program Baccalaureate Internasional

9. Website perusahaan 3bscientific. [sumber daya elektronik]// https://www.3bscientific.ru/laboratory-installation-seebeck-effect-8000731-ue6020500-230,p_1440_28886.html (tanggal akses: 18 Februari 2018)

Lampiran 1. Hasil percobaan

Eksperimen 1. Efek Seebeck langsung

Waktu t, s	Perbedaan suhu Δ t, o C	Tegangan kamu, V

Eksperimen 2. Membalikkan efek Peltier

Waktu t, s	Suhu air dingin tx, o C	Suhu air panas t g, o C	Perbedaan suhu Δ t, o C	Tegangan kamu, V

Eksperimen 3: Membalikkan efek Seebeck

Waktu t, s	Suhu air dingin tx, o C	Suhu air panas t g, o C	Perbedaan suhu Δ t, o C	Tegangan

Eksperimen 4. Efek Peltier langsung

Waktu t, s	Suhu air dingin tx, o C	Suhu air panas t g, o C	Perbedaan suhu Δ t, o C	Tegangan kamu, V

Lampiran 2. Foto pemasangan

Elemen Peltier adalah konverter termoelektrik khusus yang beroperasi berdasarkan prinsip Peltier. (terbentuknya perbedaan suhu ketika arus listrik dihubungkan, dengan kata lain pendingin termoelektrik).

Bukan rahasia lagi jika perangkat elektronik menjadi panas saat dioperasikan. Pemanasan berdampak negatif pada proses kerja, oleh karena itu, untuk mendinginkan perangkat, elemen khusus dimasukkan ke dalam badan perangkat, yang dinamai menurut penemu dari Perancis - Peltier. Ini adalah elemen berukuran kecil yang dapat mendinginkan komponen radio pada papan perangkat. Memasangnya sendiri tidak akan menimbulkan masalah, pemasangan di sirkuit dilakukan dengan besi solder biasa.

1 — Isolator keramik
2 - konduktor tipe-n
3 - konduktor tipe p
4 - Konduktor tembaga

Pada masa-masa awal, tidak ada seorang pun yang tertarik dengan masalah pendinginan, sehingga penemuan ini tetap tidak digunakan. Dua abad kemudian, ketika perangkat elektronik digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan industri, elemen miniatur Peltier mulai digunakan, mengingatkan pada pengaruh penemu Perancis.

Prinsip operasi

Untuk memahami cara kerja suatu unsur berdasarkan penemuan Peltier, perlu dipahami proses fisikanya. Efeknya adalah menggabungkan dua bahan dengan sifat konduktif yang memiliki energi elektron berbeda pada daerah konduksi. Ketika arus listrik dihubungkan ke zona kopling, elektron menerima energi tinggi untuk berpindah ke zona konduktivitas yang lebih tinggi pada semikonduktor kedua. Saat energi diserap, konduktor menjadi dingin. Ketika arus mengalir dalam arah yang berlawanan, efek pemanasan kontak yang biasa terjadi.

Semua pekerjaan dilakukan pada tingkat kisi atom material. Untuk lebih memahami cara kerjanya, mari kita bayangkan sebuah gas yang terdiri dari partikel – fonon. Suhu gas tergantung pada parameter:

Sifat-sifat logam.
Suhu sekitar.

Kita berasumsi bahwa logam terdiri dari campuran gas elektron dan fonon yang berada dalam kesetimbangan termodinamika. Ketika dua logam yang suhunya berbeda bersentuhan, gas elektron dingin berpindah ke logam hangat. Perbedaan potensial tercipta.

Di persimpangan kontak, elektron menyerap energi fonon dan mentransfernya ke logam lain ke fonon. Ketika kutub sumber arus diubah, seluruh proses akan terbalik. Perbedaan suhu akan meningkat hingga tersedia elektron bebas dengan potensial tinggi. Jika tidak ada, suhu dalam logam akan menjadi seimbang.

Jika Anda memasang heat sink berkualitas tinggi berupa radiator di salah satu sisi pelat Peltier, maka sisi pelat yang kedua akan menghasilkan suhu yang lebih rendah. Suhunya akan beberapa puluh derajat lebih rendah dari udara di sekitarnya. Semakin tinggi nilai arusnya, semakin kuat pula pendinginannya. Ketika polaritas arus dibalik, sisi dingin dan hangat akan saling bertukar.

Saat menghubungkan elemen Peltier ke logam, efeknya menjadi tidak signifikan, sehingga praktis dua elemen dipasang. Jumlahnya bisa berapa saja, tergantung kebutuhan daya pendingin.

Efektivitas efek Peltier bergantung pada seberapa akurat sifat logam dipilih, kekuatan arus yang mengalir melalui perangkat, dan laju pembuangan panas.

Lingkup penggunaan

Untuk menerapkan elemen Peltier secara praktis, para ilmuwan melakukan beberapa percobaan yang menunjukkan bahwa peningkatan pembuangan panas dicapai dengan meningkatkan jumlah sambungan dua bahan. Semakin besar jumlah sambungan material, semakin besar efeknya. Lebih sering dalam hidup kita, elemen seperti itu digunakan untuk mendinginkan perangkat elektronik dan mengurangi suhu di sirkuit mikro.

Berikut beberapa kegunaannya:

Perangkat penglihatan malam.
Kamera digital, perangkat komunikasi, sirkuit mikro yang memerlukan pendinginan berkualitas tinggi untuk efek gambar yang lebih baik.
Teleskop yang didinginkan.
AC.
Sistem pendingin jam yang tepat untuk osilator listrik kuarsa.
Lemari es.
Pendingin air.
Kulkas mobil.
Kartu video.

Elemen Peltier sering digunakan dalam sistem pendingin dan pengkondisian udara. Suhu yang cukup rendah dapat dicapai, yang membuka kemungkinan digunakan untuk peralatan pendingin dengan pemanasan yang meningkat.

Saat ini para ahli menggunakan elemen Peltier dalam sistem akustik yang berfungsi sebagai pendingin. Elemen Peltier tidak menghasilkan suara apa pun, jadi salah satu kelebihannya adalah tidak bersuara. Teknologi ini menjadi populer karena perpindahan panasnya yang kuat. Elemen yang dibuat menggunakan teknologi modern berukuran kompak, dan radiator pendingin mempertahankan suhu tertentu untuk waktu yang lama.

Keuntungan dari elemen ini adalah masa pakainya yang lama, karena dibuat dalam bentuk bodi monolitik, kecil kemungkinan terjadinya malfungsi. Desain sederhana dari tipe yang biasa banyak digunakan adalah sederhana, terdiri dari dua kabel tembaga dengan terminal dan kabel, isolasi keramik.

Ini adalah daftar kecil tempat penerapan. Ini meluas hingga mencakup perangkat rumah tangga, komputer, dan mobil. Dapat dicatat penggunaan elemen Peltier dalam pendinginan mikroprosesor dengan kinerja tinggi. Sebelumnya, hanya kipas angin yang dipasang di dalamnya. Sekarang, ketika memasang modul dengan elemen Peltier, kebisingan dalam pengoperasian perangkat telah berkurang secara signifikan.

Apakah rangkaian pendingin pada lemari es konvensional akan berubah menjadi rangkaian yang menggunakan efek Peltier? Saat ini hal ini hampir tidak mungkin dilakukan, karena elemen-elemennya memiliki efisiensi yang rendah. Biayanya juga tidak memungkinkan untuk digunakan di lemari es, karena cukup tinggi. Masa depan akan menunjukkan bagaimana arah ini akan berkembang. Saat ini, percobaan sedang dilakukan dengan larutan padat yang memiliki struktur dan sifat yang serupa. Saat menggunakannya, harga modul pendingin mungkin turun.

Efek kebalikan dari elemen Peltier

Teknologi jenis ini memiliki keistimewaan dengan fakta menarik. Inilah efek pembangkitan arus listrik dengan mendinginkan dan memanaskan pelat modul Peltier. Dengan kata lain berfungsi sebagai pembangkit energi listrik, dengan efek sebaliknya.

Generator listrik seperti itu masih ada secara teoritis, tetapi kita dapat berharap untuk pengembangan di masa depan ke arah ini. Pada suatu waktu, penemu Perancis tidak menemukan kegunaan apapun atas penemuannya.

Saat ini efek termoelektrik ini banyak digunakan dalam elektronik. Cakupan penerapannya terus berkembang, yang dikonfirmasi oleh laporan dan pengalaman para peneliti dan ilmuwan. Di masa depan, peralatan rumah tangga dan elektronik akan memiliki kemampuan inovatif yang canggih. Kulkas akan menjadi senyap, sama seperti komputer. Sementara modul Peltier dipasang di sirkuit berbeda untuk mendinginkan komponen radio.

Keuntungan dan kerugian

Keunggulan elemen Peltier antara lain sebagai berikut:

Perumahan elemen yang kompak memungkinkannya dipasang pada papan dengan komponen radio.
Tidak ada bagian yang bergerak atau bergesekan, sehingga meningkatkan masa pakainya.
Memungkinkan penggabungan banyak elemen menjadi satu kaskade, sesuai dengan skema yang memungkinkan Anda mengurangi suhu bagian yang sangat panas.
Ketika polaritas tegangan suplai diubah, elemen akan bekerja dalam urutan terbalik, yaitu sisi pendingin dan pemanas akan berpindah tempat.

Kerugiannya antara lain sebagai berikut:

Koefisien aksi tidak mencukupi yang mempengaruhi peningkatan arus yang disuplai untuk mencapai perbedaan suhu yang diperlukan.
Sistem yang agak rumit untuk menghilangkan panas dari permukaan pendingin.

Cara membuat elemen Peltier untuk lemari es

Anda dapat membuat sendiri elemen Peltier tersebut dengan cepat dan mudah. Pertama, Anda perlu memutuskan bahan pelatnya. Penting untuk mengambil pelat elemen yang terbuat dari keramik tahan lama, menyiapkan konduktor dalam jumlah lebih dari 20 buah, untuk memastikan perbedaan suhu terbesar. Dengan jumlah elemen efisiensi yang cukup maka akan terjadi peningkatan kinerja lemari es yang signifikan.

Kekuatan kulkas yang digunakan memegang peranan besar. Jika beroperasi dengan freon cair, maka tidak akan ada masalah kinerja. Pelat elemen dipasang di dekat evaporator, dipasang bersamaan dengan mesin. Untuk pemasangan seperti itu, Anda memerlukan seperangkat gasket dan alat tertentu. Ini akan memastikan bagian bawah lemari es menjadi dingin dengan cepat.

Isolasi konduktor yang hati-hati diperlukan, hanya setelah itu dihubungkan ke kompresor. Setelah menyelesaikan instalasi, Anda perlu memeriksa voltase dengan multimeter. Jika elemen tidak berfungsi (misalnya korsleting), termostat akan beroperasi.

Aplikasi lain dari modul termoelektrik

Efek modulus Peltier digunakan saat ini berkat hukum fisika. Energi berlebih dari unsur-unsur selalu berguna jika diperlukan pertukaran panas yang senyap dan cepat.

Tempat utama penggunaan modul:

Pendinginan mikroprosesor.
Mesin pembakaran internal menghasilkan gas buang, yang mulai digunakan para ilmuwan untuk menghasilkan energi tambahan menggunakan modul termoelektrik. Energi yang diperoleh dengan cara ini disalurkan kembali ke motor dalam bentuk listrik. Hal ini menciptakan penghematan bahan bakar.
Di perangkat rumah tangga yang bertindak pada pemanasan atau pendinginan.

Pendingin pendingin dapat menjadi pemanas, dan lemari es dapat berfungsi sebagai lemari pemanas jika polaritas DC dibalik. Hal ini disebut efek reversibel.

Prinsip ini digunakan dalam recuperator. Ini terdiri dari sebuah kotak dengan dua ruang. Mereka terhubung satu sama lain melalui kipas. Elemen Peltier memanaskan udara dingin yang masuk dari luar menggunakan energi yang diekstraksi dari udara hangat di dalam ruangan. Perangkat ini menghemat biaya pemanasan ruangan.

Pelepasan atau penyerapan (tergantung pada arah arus) panas pada kontak dua semikonduktor yang berbeda atau logam dan semikonduktor

Animasi

Keterangan

Efek Peltier adalah fenomena termoelektrik, kebalikan dari efek Seebeck: ketika arus listrik I dilewatkan melalui kontak (persimpangan) dua zat berbeda (konduktor atau semikonduktor) pada kontak tersebut, selain panas Joule, tambahan panas Peltier Q P dilepaskan dalam satu arah arus dan diserap dalam arah yang berlawanan.

Banyaknya kalor yang dihasilkan Q P dan tandanya bergantung pada jenis zat yang berkontak, kekuatan arus dan waktu perjalanannya:

dQ P = p 12 H I H dt.

Di sini p 12 = p 1 -p 2 adalah koefisien Peltier untuk kontak tertentu, terkait dengan koefisien Peltier absolut p 1 dan p 2 dari bahan yang bersentuhan. Dalam hal ini, diasumsikan bahwa arus mengalir dari sampel pertama ke sampel kedua. Ketika kalor Peltier dilepaskan, kita mempunyai: Q P >0, p 12 >0, p 1 > p 2 . Ketika panas Peltier diserap, itu dianggap negatif dan, karenanya: Q P<0,p 12 <0, p 1

Alih-alih panas Peltier, kuantitas fisik sering digunakan, yang didefinisikan sebagai energi panas yang dilepaskan setiap detik pada kontak dengan satuan luas. Besaran ini, yang disebut daya pelepasan panas, ditentukan dengan rumus:

q P = p 12 Hj,

dimana j=I/S - rapat arus;

S - area kontak;

dimensi besaran ini adalah SI = W/m2.

Dari hukum termodinamika dapat disimpulkan bahwa koefisien Peltier dan koefisien thermopower a dihubungkan oleh hubungan:

p = aЧ T,

di mana T adalah suhu kontak absolut.

Koefisien Peltier, yang merupakan karakteristik teknis penting suatu bahan, biasanya tidak diukur, tetapi dihitung menggunakan koefisien thermopower, yang pengukurannya lebih sederhana.

Pada Gambar. 1 dan gambar. Gambar 2 menunjukkan rangkaian tertutup yang terdiri dari dua semikonduktor berbeda PP1 dan PP2 dengan kontak A dan B.

Pelepasan panas Peltier (pin A)

Beras. 1

Penyerapan panas Peltier (pin A)

Beras. 2

Rangkaian seperti ini biasanya disebut termoelemen, dan cabang-cabangnya disebut termoelektroda. Arus I yang diciptakan oleh sumber eksternal e mengalir melalui rangkaian. Beras. Gambar 1 mengilustrasikan keadaan ketika pada kontak A (arus mengalir dari PP1 ke PP2) panas peltier dilepaskan Q P (A)>0, dan pada kontak B (arus mengalir dari PP2 ke PP1) penyerapannya adalah Q P (B)<0 . В результате происходит изменение температур спаев: Т А >TV.

Pada Gambar. 2, perubahan tanda sumber mengubah arah arus menjadi sebaliknya: dari PP2 ke PP1 pada kontak A dan dari PP1 ke PP2 pada kontak B. Dengan demikian, tanda panas Peltier dan hubungan antara suhu kontak berubah: Q P (A)<0, Q P (В)>0, TA<Т В .

Penyebab terjadinya efek Peltier pada kontak semikonduktor dengan jenis pembawa arus yang sama (dua semikonduktor tipe n atau dua semikonduktor tipe p) sama seperti pada kasus kontak dua konduktor logam. Pembawa arus (elektron atau lubang) pada sisi persimpangan yang berbeda memiliki energi rata-rata yang berbeda, yang bergantung pada banyak alasan: spektrum energi, konsentrasi, mekanisme hamburan pembawa muatan. Jika pembawa, setelah melewati persimpangan, memasuki area dengan energi lebih rendah, mereka mentransfer kelebihan energi ke kisi kristal, akibatnya panas Peltier dilepaskan di dekat kontak (Q P >0) dan suhu kontak meningkat. Dalam hal ini, di persimpangan yang lain, pembawa, bergerak ke daerah dengan energi yang lebih tinggi, meminjam energi yang hilang dari kisi, dan panas Peltier diserap (Q P<0 ) и понижение температуры.

Efek Peltier, seperti semua fenomena termoelektrik, terutama terlihat pada sirkuit yang terdiri dari semikonduktor elektronik (tipe n) dan lubang (tipe p). Dalam hal ini efek Peltier mempunyai penjelasan berbeda. Mari kita perhatikan situasi ketika arus dalam kontak berpindah dari semikonduktor lubang ke semikonduktor elektronik (р ® n). Dalam hal ini, elektron dan lubang bergerak menuju satu sama lain dan, setelah bertemu, bergabung kembali. Sebagai hasil rekombinasi, energi dilepaskan, yang dilepaskan dalam bentuk panas. Situasi ini ditunjukkan pada Gambar. 3, yang menunjukkan pita energi (ec - pita konduksi, e v - pita valensi) untuk semikonduktor pengotor dengan konduktivitas lubang dan elektronik.

Pelepasan panas Peltier pada kontak semikonduktor tipe p dan n

Beras. 3

Pada Gambar. 4 (ec - pita konduksi, e v - pita valensi) menggambarkan penyerapan panas Peltier untuk kasus ketika arus berpindah dari n ke p - semikonduktor (n ® p).

Penyerapan panas peltier pada kontak semikonduktor tipe p dan n

Beras. 4

Di sini, elektron dalam semikonduktor elektronik dan lubang dalam semikonduktor lubang bergerak berlawanan arah, menjauh dari antarmuka. Hilangnya pembawa arus di wilayah batas dikompensasi oleh produksi berpasangan elektron dan lubang. Pembentukan pasangan tersebut memerlukan energi, yang disuplai oleh getaran termal atom kisi. Elektron dan lubang yang dihasilkan ditarik berlawanan arah oleh medan listrik. Oleh karena itu, selama arus mengalir melalui kontak, pasangan baru akan terus lahir. Akibatnya, panas akan terserap ke dalam kontak.

Agar efek Peltier terlihat dengan latar belakang pemanasan umum yang terkait dengan pelepasan panas Joule-Lenz, kondisi berikut harus dipenuhi: S Q P Si Q J . . Hasilnya, diperoleh hubungan berikut yang harus diperhatikan saat melakukan eksperimen:

di mana R adalah resistansi bagian termoelektroda dengan panjang l di mana panas dilepaskan;

r - resistivitas listrik.

Koefisien Peltier, yang menentukan jumlah panas Peltier yang dilepaskan pada kontak, bergantung pada sifat zat yang bersentuhan dan suhu kontak: p 12 = a 12 · T = (a 1 - a 2 ) · T , di mana a 1 dan a 2 adalah koefisien termopower absolut dari zat yang bersentuhan. Jika untuk sebagian besar pasangan logam koefisien thermopower berada pada kisaran 10-5 x 10-4 V/K, maka untuk semikonduktor bisa jauh lebih tinggi (hingga 1,5 x 10-3 V/K). Untuk semikonduktor dengan jenis konduktivitas yang berbeda, a mempunyai tanda yang berbeda-beda, sehingga Sa 12 S = Sa 1 S + Sa 2 S.

Perlu dicatat bahwa koefisien thermopower sangat bergantung pada komposisi dan suhu semikonduktor, sedangkan dibandingkan dengan logam, ketergantungan suhu a untuk semikonduktor jauh lebih jelas. Tanda a ditentukan oleh tanda pembawa muatan. Tidak ada rumus empiris umum, apalagi teoritis, yang dapat mencakup sifat termoelektrik semikonduktor pada rentang suhu yang luas. Biasanya, gaya gerak termoelektromotif a dari semikonduktor, mulai dari nilai a = 0 pada T = 0, pertama-tama meningkat sebanding dengan T, kemudian lebih lambat, sering kali tetap konstan dalam kisaran suhu tertentu, dan di wilayah suhu tinggi ( lebih dari 500 Kyo 700 K) mulai berkurang menurut hukum a~ 1/T.

Ciri khas lain dari semikonduktor adalah peran pengotor yang menentukan, yang pengenalannya memungkinkan tidak hanya mengubah nilai berkali-kali, tetapi juga mengubah tanda a.

Dalam semikonduktor dengan konduktivitas campuran, kontribusi terhadap daya termal lubang dan elektron berlawanan, yang mengarah pada nilai a dan p yang kecil.

Dalam kasus tertentu ketika konsentrasi (n) dan mobilitas (u) elektron dan hole sama (ne = np dan ue = up), nilai a dan p menjadi nol:

a~ (ne ue - np ke atas) / (ne ue + np ke atas).

Efek Peltier, seperti fenomena termoelektrik lainnya, bersifat fenomenologis.

Efek Peltier dalam semikonduktor digunakan untuk pendinginan dan pemanasan termoelektrik, yang memiliki aplikasi praktis dalam pengendalian suhu dan perangkat pendingin.

Fenomena Peltier ditemukan oleh J. Peltier pada tahun 1834.

Karakteristik waktu

Waktu inisiasi (log ke -3 hingga 2);

Seumur hidup (log tc dari 15 hingga 15);

Waktu degradasi (log td dari -3 ke 2);

Waktu pengembangan optimal (log tk dari -2 hingga 3).

Diagram:

Implementasi teknis dari efeknya

Implementasi teknis efek Peltier pada semikonduktor

Unit teknologi utama dari semua perangkat pendingin termoelektrik adalah baterai termoelektrik yang terdiri dari elemen termo yang dihubungkan secara seri. Karena konduktor logam memiliki sifat termoelektrik yang lemah, termoelemen dibuat dari semikonduktor, dan salah satu cabang termoelemen harus terdiri dari lubang murni (tipe-p), dan cabang lainnya dari semikonduktor elektronik murni (tipe-n). Jika Anda memilih arah arus (Gbr. 5), di mana panas Peltier akan diserap pada kontak yang terletak di dalam lemari es, dan dilepaskan ke ruang sekitar pada kontak luar, maka suhu di dalam lemari es akan berkurang, dan ruang di luar lemari es akan memanas (yang terjadi pada desain lemari es mana pun).

Diagram skema lemari es termoelektrik

Beras. 5

Karakteristik utama dari perangkat pendingin termoelektrik adalah efisiensi pendinginannya:

Z= sebuah 2 /(rl) ,

dimana a adalah koefisien thermopower;

r - resistivitas;

l adalah konduktivitas termal semikonduktor.

Parameter Z merupakan fungsi dari suhu dan konsentrasi pembawa muatan, dan untuk setiap suhu tertentu terdapat nilai konsentrasi optimal dimana nilai Z maksimum. Penurunan suhu maksimum berhubungan dengan nilai efisiensi dengan persamaan:

D T maks = (1/2) Х Z Х T 2,

di mana T adalah suhu sambungan dingin termoelemen.

Semakin besar nilai Z untuk masing-masing cabang, semakin besar pula nilai Z = (a 1 + a 2) 2 /(Tsr 1 l 1 + Tsr 2 l 2) 2 yang menentukan efisiensi. seluruh termoelemen. Dianjurkan untuk memilih semikonduktor dengan nilai mobilitas tertinggi dan konduktivitas termal minimum. Pengenalan pengotor tertentu ke dalam semikonduktor adalah cara utama yang tersedia untuk mengubah parameternya (a, r, l) ke arah yang diinginkan.

Perangkat pendingin termoelektrik modern memberikan pengurangan suhu dari +20°C menjadi 200°C; kapasitas pendinginannya biasanya tidak lebih dari 100 W.

Secara teknologi, batang yang terbuat dari bahan semikonduktor dengan konduktivitas p dan n (1) dipasang pada papan penghantar panas yang terbuat dari bahan insulasi (2) menggunakan konektor logam (3) seperti ditunjukkan pada Gambar. 6.

Diagram modul termoelektrik

Beras. 6

Menerapkan efek

Bidang utama penggunaan praktis efek Peltier dalam semikonduktor: memperoleh dingin untuk membuat perangkat pendingin termoelektrik, pemanasan untuk keperluan pemanasan, termostat, mengendalikan proses kristalisasi dalam kondisi suhu konstan.

Metode pendinginan termoelektrik memiliki beberapa keunggulan dibandingkan metode pendinginan lainnya. Perangkat termoelektrik mudah dikendalikan, kemampuan mengatur suhu dengan baik, tidak bersuara, dan keandalan operasional yang tinggi. Kerugian utama dari perangkat termoelektrik adalah efisiensinya yang rendah, sehingga tidak memungkinkannya digunakan untuk produksi industri "dingin".

Perangkat pendingin termoelektrik digunakan dalam lemari es rumah tangga dan transportasi, termostat, untuk mendinginkan dan mengatur elemen termosensitif dari peralatan radio-elektronik dan optik, untuk mengendalikan proses kristalisasi, dalam perangkat medis dan biologis, dll.

Dalam teknologi komputer, perangkat pendingin termoelektrik memiliki nama slang “coolers” (dari bahasa Inggris cooler – cooler).

literatur

1. Ensiklopedia fisik.- M.: Ensiklopedia Besar Rusia, 1998.- T.5.- P.98-99, 125.

2. Sivuhin S.D. Mata kuliah fisika umum - M.: Nauka, 1977. - T.3. Listrik.- Hlm.490-494.

3. Stilbans L.S. Fisika semikonduktor - M., 1967. - P.75-83, 292-311.

4. Ioffe A.F. Elemen termo semikonduktor - M., 1960.

Kata kunci

Modul Peltier dapat digunakan dalam 4 skema berbeda: sebagai elemen pemanas (dalam inkubator...), sebagai elemen pendingin (dalam lemari es...), untuk menghasilkan listrik (generator...), dan juga menggunakan Peltier elemen Anda dapat menghasilkan air. Inilah isi artikel saya.

Elemen Peltier adalah konverter termoelektrik, prinsip operasinya didasarkan pada efek Peltier - terjadinya perbedaan suhu ketika arus listrik mengalir. Dalam literatur berbahasa Inggris, elemen Peltier disebut TEC (dari bahasa Inggris Thermoelectric Cooler - pendingin termoelektrik).

Kebalikan dari efek Peltier disebut efek Seebeck.

Prinsip operasi

Pengoperasian unsur Peltier didasarkan pada kontak dua bahan konduktif dengan tingkat energi elektron berbeda pada pita konduksi. Ketika arus mengalir melalui kontak bahan tersebut, elektron harus memperoleh energi untuk berpindah ke pita konduksi energi yang lebih tinggi pada semikonduktor lain. Ketika energi ini diserap, titik kontak antara semikonduktor menjadi dingin. Ketika arus mengalir dalam arah yang berlawanan, titik kontak antara semikonduktor memanas, selain efek termal biasa.

Ketika logam bersentuhan, efek Peltier sangat kecil sehingga tidak terlihat dengan latar belakang fenomena pemanasan ohmik dan konduktivitas termal. Oleh karena itu, dalam aplikasi praktis, digunakan kontak antara dua semikonduktor.

Elemen Peltier terdiri dari satu atau lebih pasang paralelepiped semikonduktor kecil - satu tipe n dan satu tipe p berpasangan (biasanya bismut tellurida, Bi2Te3 dan silikon germanida), yang dihubungkan berpasangan menggunakan jembatan logam. Jumper logam sekaligus berfungsi sebagai kontak termal dan diisolasi dengan film non-konduktif atau pelat keramik. Pasangan-pasangan parallelepiped dihubungkan sedemikian rupa sehingga terbentuk sambungan seri dari banyak pasang semikonduktor dengan jenis konduktifitas yang berbeda-beda, sehingga pada bagian atas terdapat satu rangkaian sambungan (n->p), dan pada bagian bawah berlawanan ( p->n). Arus listrik mengalir secara berurutan melalui semua paralelepiped. Tergantung pada arah arus, kontak atas didinginkan dan kontak bawah dipanaskan - atau sebaliknya. Dengan demikian, arus listrik memindahkan panas dari satu sisi elemen Peltier ke sisi sebaliknya dan menimbulkan perbedaan suhu.

Jika sisi pemanas elemen Peltier didinginkan, misalnya menggunakan radiator dan kipas angin, maka suhu sisi dinginnya menjadi lebih rendah lagi. Dalam elemen satu tahap, tergantung pada jenis elemen dan nilai arus, perbedaan suhu dapat mencapai sekitar 70 °C.

Keuntungan dan kerugian

Keunggulan elemen Peltier adalah ukurannya yang kecil, tidak adanya bagian yang bergerak, serta gas dan cairan. Dengan membalikkan arah arus, pendinginan dan pemanasan dapat dilakukan - hal ini memungkinkan termostat pada suhu sekitar baik di atas maupun di bawah suhu termostat. Keunggulan lainnya adalah tidak adanya komponen mekanis dan tidak adanya kebisingan.

Kerugian dari elemen Peltier adalah efisiensinya yang lebih rendah dibandingkan unit pendingin kompresor yang menggunakan freon, sehingga menyebabkan konsumsi daya yang tinggi untuk mencapai perbedaan suhu yang nyata. Meskipun demikian, pengembangan sedang dilakukan untuk meningkatkan efisiensi termal, dan elemen Peltier telah diterapkan secara luas dalam teknologi, karena suhu di bawah 0 °C dapat dicapai tanpa perangkat tambahan apa pun.

Masalah utama dalam membangun unsur Peltier dengan efisiensi tinggi adalah elektron bebas dalam suatu zat sekaligus merupakan pembawa arus listrik dan panas. Bahan untuk elemen Peltier harus secara bersamaan memiliki dua sifat yang saling eksklusif - bahan ini menghantarkan arus listrik dengan baik, tetapi menghantarkan panas dengan buruk.

Dalam baterai sel Peltier, secara teoritis dimungkinkan untuk mencapai perbedaan suhu yang sangat besar, lebih dari 70 derajat Celcius, oleh karena itu lebih baik menggunakan metode kontrol suhu berdenyut, sehingga konsumsi energi juga dapat dikurangi. Dalam hal ini, diinginkan untuk menghaluskan riak arus untuk memperpanjang umur elemen Peltier.

Penerapan Modul Termoelektrik: dalam pendingin air, sistem pendingin untuk komputer atau sirkuit mikro dari berbagai perangkat berukuran kecil, dalam generator termal listrik, pendingin kartu video, jembatan utara atau selatan, lemari es mobil, pendingin udara, Arduino, untuk mendinginkan matriks CCD dan fotodetektor inframerah, di generator termal listrik, termostat, instrumen laboratorium ilmiah, kalibrator termal, stabilisator termal. Secara umum, diperlukan perbedaan suhu lebih dari 60 derajat.

Dimensi pelat peltier dan karakteristik konsumsinya

Dimensi pelat Peltier dan karakteristik konsumsi (konsumsi daya, tegangan, arus, perbedaan suhu maksimum). Penandaan generator termoelektrik ini mungkin berbeda di lokasi yang berbeda, semuanya tergantung pada pabrikannya (misalnya: TEG1-241-1.4-1.2; CP1.4-127-06L domestik; TB-127-1.4-1.5 Frost-72 ; SP1848-27145; Termogenerator Seebeck TEP1-142T300). Karakteristiknya, pada gilirannya, tidak akan jauh berbeda, tetapi beberapa indikator tidak berbeda secara signifikan.

Qmax	Umaks	maksimal	dTmaks	Dimensi, (mm)
(W)	(DI DALAM)	(A)	(memanggil)	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

Kulkas USB DIY (Modul Peltier)

Untuk membuat lemari es mini, kita perlu mencari atau membeli elemen Peltier (Anda dapat membaca apa itu dan cara kerjanya di bawah) dan dua radiator.

Elemen Peltier ini, saya merobeknya dari komputer yang rusak, berdiri di antara prosesor dan pendingin. Saya membersihkan pasta termal lama darinya. Singkatnya, elemen Peltier ini, ketika DC disuplai ke dalamnya, mulai bekerja sebagai berikut: satu sisi mulai memanas, dan sisi lainnya mulai mendingin; jika Anda mengubah polaritas sumber daya, sisi-sisinya elemen tersebut akan berperilaku sebaliknya!

Selanjutnya, saya mengambil dua radiator besar dari amplifier yang tidak diperlukan. Kemudian saya melumasi elemen tersebut dengan pasta termal baru, yang saya beli di toko radio, dan menjepit elemen Peltier di antara radiator. Penggunaan pasta termal dalam hal ini adalah wajib!
Saya menghubungkan kabel ke elemen dari kabel USB dan menghubungkannya ke komputer - satu radiator mulai memanas, dan yang kedua mulai dingin! Jadi semuanya beres!

Bahan yang saya gunakan untuk merekatkan kulkas mirip dengan busa tekan atau plastik berpori. Secara umum bahannya bisa apa saja, kualitas utamanya adalah insulasi termal.
Kacanya organik dan terlihat cukup rapuh, namun nyatanya bahannya tahan lama.
Lem - lem super.

Kemudian, untuk kenyamanan, saya membuat gesper magnet.
Ternyata baik-baik saja - sebotol air mineral bisa dengan mudah masuk ke dalamnya.

Generator - menghasilkan listrik menggunakan elemen Peltier

Kelebihan generator ini:

— Bahan bakar adalah segala sesuatu yang terbakar atau memanas.
— Keluaran USB 5 Volt, 500mA.
— Tidak bergantung pada matahari, angin, dll.
- Desain simpel dan kuat yang dapat bertahan selamanya.
— Anda dapat memasak makanan di dalamnya saat ponsel Anda sedang diisi dayanya.
- Keserbagunaan.
— Siapa pun dapat merakitnya di rumah dalam 1 malam (bahkan karyawan AvtoVAZ =)).
- Desain murah.

Saya tidak menciptakannya, ada salinan komersial yang jauh lebih baik daripada milik saya. Misalnya, BioLite CampStove, harganya 7900 rubel. Salinan saya dibuat dengan tergesa-gesa untuk menulis artikel ini dan eksperimen lebih lanjut.

Dasarnya adalah elemen Peltier. Ini adalah modul termoelektrik yang digunakan pada pendingin air dan lemari es portabel, dan juga digunakan untuk mendinginkan prosesor. Ketika tegangan diterapkan padanya, satu sisi menjadi dingin dan sisi lainnya memanas. Sebaliknya, kita akan memanaskan satu sisi untuk menghasilkan listrik.

Prinsip utamanya adalah satu sisi memanas dan sisi lainnya tetap tidak berubah, untuk efisiensi maksimum diperlukan perbedaan suhu 100 derajat Celcius.

Mari kita mulai!

Kita akan butuh:
— Elemen Peltier, saya menggunakan TEC1-12710
- Catu daya yang tidak diperlukan dari komputer
Siapapun, bahkan yang terbakar, dan semuanya terbakar kecuali tubuhnya
- Regulator tegangan
Modul Boost DC-DC, Tegangan input 1-5 Volt, output selalu 5V.
— Radiator (semakin besar semakin baik), sebaiknya dengan pendingin 5V, karena Radiator akan memanas secara bertahap. Di musim dingin, hal ini tidak menjadi masalah, karena Anda dapat meletakkan radiator di atas es.
— Pasta termal
- Seperangkat alat

Modul TEC1-12710, diberi nilai 10 A (kurang atau lebih). Tapi yang lebih kuat akan lebih besar. Semakin tinggi arusnya, semakin efisien dan mahal. Saya membelinya dari Aliexpress dengan harga sekitar 250 rubel. Di toko elektronik kami, harganya sekitar 1.500 rubel.

Modul ini dirancang untuk tegangan maksimum 12V, tetapi keluarannya tidak terlalu besar karena efisiensinya yang rendah bila kita menggunakannya dalam arah yang berlawanan, yaitu. untuk menerima arus.

Agar tegangan 5 volt stabil dan perangkat dapat diisi dengan aman, Anda memerlukan penstabil step-up. Mulai menghasilkan 5 Volt ketika elemen Peltier masih tersisa 1 Volt, Anda dapat mengetahui bahwa semuanya siap untuk diisi dengan menyalakan LED pada modul.

Anda dapat merakitnya sendiri, tetapi saya memutuskan untuk mempercayai orang Cina, mereka menawarkan modul siap pakai dengan output USB seharga 80 rubel. di situs yang sama.

Mari kita habiskan pasokan listrik kita. Saya harus membuat lubang tambahan untuk sirkulasi udara yang lebih baik (catu daya sudah sangat tua).

Prinsip utamanya adalah udara dihisap dari bawah dan keluar melalui atas. Sederhananya, Anda perlu membuat kompor biasa. Jangan lupa sediakan lubang untuk membuang serpihan kayu dan dudukan untuk panci atau mug untuk merebus air, jika diperlukan.

Selanjutnya, Anda perlu memasang modul Peltier dengan radiator ke dinding datar, setelah sebelumnya mengoleskan pasta termal secara merata. Semakin erat kontaknya, semakin baik. Sisi tempat tulisan modelnya dingin, di sisi inilah kita mengaplikasikan radiator. Jika Anda mencampurnya, modul tidak akan mengeluarkan tegangan; dalam hal ini, Anda hanya perlu menukar kabelnya.

Kami menyolder konverter boost dan menemukan tempat menyembunyikannya. Biasanya Anda dapat membiarkannya tergantung di kabel, tetapi Anda pasti perlu mengisolasinya, misalnya, memasang heat shrink di atasnya.

Mari kita satukan semuanya. Inilah yang harus Anda dapatkan:

Bagaimana itu bekerja?

Kami membuang ranting, serpihan kayu, secara umum, segala sesuatu yang terbakar di dalamnya. Lalu kita menyalakannya. Api memanaskan dinding kompor dan elemen Peltier yang ada di salah satu dinding tersebut. Sisi lain dari elemen, yaitu pada radiator, tetap berada pada suhu luar. Semakin besar perbedaan suhu, semakin besar pula dayanya, namun jangan berlebihan.

Efisiensi maksimum sudah dicapai dengan perbedaan 100 derajat. Seiring waktu, radiator mulai memanas dan perlu didinginkan. Anda bisa melempar salju, menuangkan air ke atasnya, meletakkan radiator di atas es atau di dalam air, atau meletakkan segelas air dingin di atasnya. Ada banyak pilihan, yang paling sederhana adalah pendingin, ini akan menghabiskan sebagian daya, tetapi hasil keseluruhan tidak akan berubah karena pendinginan.

JANGAN memaparkan elemen pada suhu tinggi, karena dapat terbakar dan terbakar. Dokumentasi menunjukkan suhu maksimum 180 °C, tetapi tidak perlu terlalu khawatir, dengan pendinginan yang baik dan dengan kayu bakar sederhana tidak akan terjadi apa-apa.

Jika Anda tidak malas dan melakukan segalanya dengan benar, Anda akan mendapatkan pemotong kayu sederhana yang dapat digunakan untuk memanaskan makanan, merebus, menyiram, dan mengisi daya gadget Anda secara bersamaan.

Dapat digunakan di rumah jika listrik padam dengan meletakkan lilin di dalamnya. Omong-omong, jika Anda menghubungkan LED ke sana, cahayanya akan jauh lebih terang daripada lilin itu sendiri.

Di mana pun Anda menemukan sesuatu yang terbakar, Anda akan mendapatkan listrik, pemanas, dan kemampuan memasak makanan dengan nyaman, menggunakan lebih sedikit bahan bakar dibandingkan dengan api.

Tes pertama!

Sepulang kerja saya pergi ke hutan, matahari hampir terbenam, semak belukar basah, tapi kompornya membuahkan hasil 100%.

Hasilnya melebihi semua ekspektasi saya. Segera setelah serpihan kayu terbakar, indikator menyala, saya menghubungkan telepon dan mulai mengisi daya. Pengisian daya stabil.

Konverter tidak tegang sama sekali. Saya juga membawa bantalan pendingin untuk laptop, memiliki 2 pendingin dan LED, seharusnya mengkonsumsi jumlah yang lumayan. Saya menghubungkannya, semuanya berputar, bersinar, dan angin sepoi-sepoi bertiup. Saya juga mengambil kipas USB dan menghubungkannya pada akhirnya, ketika hanya ada batu bara yang tersisa. Semuanya berputar dengan baik, saya bahkan tidak tahu harus mencoba apa lagi.

Hasil:

Semuanya berfungsi dengan baik, menunjukkan Ampere gendernya. Tetap saja, Anda membutuhkan pendingin, karena... dalam setengah jam radiator memanas hingga sekitar 40 derajat, di musim panas akan lebih panas lagi. Biarkan diri Anda berputar.

Nyala apinya menyambar tinggi-tinggi, saya pribadi tidak membutuhkan api seperti itu, saya akan menutup beberapa lubang agar terbakar lebih lambat.

Saya akan membuat semuanya baru, saya akan menggunakan chipper kayu standar yang terbuat dari kaleng, tetapi saya akan membuatnya dari logam yang lebih tebal dan berbentuk persegi panjang. Saya akan membeli radiator yang bagus dengan bentuk pendingin yang sesuai dan mencoba membuat versi yang dapat dilipat sehingga tidak memakan banyak ruang saat membawanya.

Memproduksi air minum menggunakan modul Peltier

Lemari es semikonduktor Peltier

Pengoperasian komponen elektronik modern berperforma tinggi yang menjadi dasar komputer disertai dengan pembangkitan panas yang signifikan, terutama saat mengoperasikannya dalam mode overclocking paksa. Pengoperasian komponen-komponen tersebut secara efisien memerlukan sarana pendingin yang memadai untuk memastikan kondisi suhu yang diperlukan untuk pengoperasiannya. Biasanya, sarana untuk menjaga kondisi suhu optimal adalah pendingin, yang didasarkan pada radiator dan kipas tradisional.

Keandalan dan kinerja alat-alat tersebut terus ditingkatkan melalui penyempurnaan desain, penggunaan teknologi terkini dan penggunaan berbagai sensor dan kontrol dalam komposisinya. Hal ini memungkinkan untuk mengintegrasikan alat-alat tersebut ke dalam sistem komputer, memberikan diagnostik dan kontrol operasinya untuk mencapai efisiensi terbesar sambil memastikan kondisi suhu optimal untuk pengoperasian elemen komputer, yang meningkatkan keandalan dan memperpanjang periode bebas masalah. operasi.

Parameter pendingin tradisional terus ditingkatkan, namun, baru-baru ini alat khusus untuk mendinginkan elemen elektronik seperti lemari es semikonduktor Peltier telah muncul di pasar komputer dan segera menjadi populer (walaupun kata pendingin sering digunakan, istilah yang tepat untuk Peltier elemen tepatnya kulkas).

Lemari es Peltier, yang berisi modul termoelektrik semikonduktor khusus, yang pengoperasiannya didasarkan pada efek Peltier, ditemukan pada tahun 1834, merupakan perangkat pendingin yang sangat menjanjikan. Alat-alat tersebut telah berhasil digunakan selama bertahun-tahun di berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi.

Pada tahun enam puluhan dan tujuh puluhan, industri dalam negeri berulang kali melakukan upaya untuk memproduksi lemari es rumah tangga berukuran kecil, yang pengoperasiannya didasarkan pada efek Peltier. Namun, ketidaksempurnaan teknologi yang ada, nilai efisiensi yang rendah, dan harga yang mahal tidak memungkinkan perangkat tersebut meninggalkan laboratorium penelitian dan bangku pengujian pada saat itu.

Namun efek Peltier dan modul termoelektrik bukan hanya milik para ilmuwan saja. Dalam proses peningkatan teknologi, banyak fenomena negatif yang telah dikurangi secara signifikan. Upaya ini telah menghasilkan modul semikonduktor yang sangat efisien dan andal.

Dalam beberapa tahun terakhir, modul ini, yang pengoperasiannya didasarkan pada efek Peltier, telah aktif digunakan untuk mendinginkan berbagai komponen elektronik komputer. Secara khusus, mereka mulai digunakan untuk mendinginkan prosesor modern yang kuat, yang pengoperasiannya disertai dengan pembangkitan panas tingkat tinggi.

Berkat sifat termal dan operasionalnya yang unik, perangkat yang dibuat berdasarkan modul termoelektrik—modul Peltier—memungkinkan seseorang mencapai tingkat pendinginan elemen komputer yang diperlukan tanpa kesulitan teknis atau biaya finansial khusus. Sebagai pendingin untuk komponen elektronik, cara menjaga kondisi suhu yang diperlukan untuk pengoperasiannya sangat menjanjikan. Mereka kompak, nyaman, andal, dan memiliki efisiensi pengoperasian yang sangat tinggi.

Lemari es semikonduktor sangat menarik sebagai sarana untuk menyediakan pendinginan intensif dalam sistem komputer, yang elemen-elemennya dipasang dan dioperasikan dalam mode paksaan yang parah. Penggunaan mode overclocking seperti itu sering kali memberikan peningkatan yang signifikan pada kinerja komponen elektronik yang digunakan, dan, akibatnya, pada umumnya, seluruh sistem komputer. Namun, pengoperasian komponen komputer dalam mode seperti itu ditandai dengan pembangkitan panas yang signifikan dan seringkali berada pada batas kemampuan arsitektur komputer, serta teknologi mikroelektronik yang ada dan digunakan. Komponen komputer tersebut, yang pengoperasiannya disertai dengan pembangkitan panas yang tinggi, tidak hanya merupakan prosesor berperforma tinggi, tetapi juga elemen adaptor video berperforma tinggi modern, dan dalam beberapa kasus, chip modul memori. Elemen kuat seperti itu memerlukan pendinginan intensif agar dapat berfungsi dengan benar, bahkan dalam mode normal dan terlebih lagi dalam mode overclocking.

Modul Peltier

Lemari es Peltier menggunakan lemari es konvensional yang disebut lemari es termoelektrik, yang pengoperasiannya didasarkan pada efek Peltier. Efek ini dinamai pembuat jam tangan Perancis Peltier (1785-1845), yang menemukan lebih dari satu setengah abad yang lalu - pada tahun 1834.

Peltier sendiri belum begitu memahami esensi dari fenomena yang ditemukannya. Arti sebenarnya dari fenomena tersebut diketahui beberapa tahun kemudian pada tahun 1838 oleh Lenz (1804-1865).

Lenz menaruh setetes air di ceruk di persimpangan dua batang bismut dan antimon. Ketika arus listrik dialirkan ke satu arah, setetes air membeku. Ketika arus dialirkan ke arah yang berlawanan, es yang dihasilkan mencair. Dengan demikian, diketahui bahwa ketika arus listrik melewati kontak dua konduktor, bergantung pada arah konduktor tersebut, selain panas Joule, panas tambahan juga dilepaskan atau diserap, yang disebut panas Peltier. Fenomena ini disebut fenomena Peltier (efek Peltier). Jadi, ini merupakan kebalikan dari fenomena Seebeck.

Jika dalam suatu rangkaian tertutup yang terdiri dari beberapa logam atau semikonduktor, suhu pada titik kontak logam atau semikonduktor tersebut berbeda-beda, maka timbul arus listrik pada rangkaian tersebut. Fenomena arus termoelektrik ini ditemukan pada tahun 1821 oleh fisikawan Jerman Seebeck (1770-1831).

Berbeda dengan kalor Joule-Lenz yang sebanding dengan kuadrat kuat arus (Q=R·I·I·t), kalor Peltier sebanding dengan pangkat pertama kuat arus dan berubah tanda bila arah arus perubahan terakhir. Panas Peltier, seperti yang ditunjukkan oleh penelitian eksperimental, dapat dinyatakan dengan rumus:

Qp = P ·q

dimana q adalah jumlah listrik yang dilewatkan (q=I·t), P adalah koefisien Peltier, yang nilainya bergantung pada sifat bahan yang bersentuhan dan suhunya.

Kalor peltier Qп dianggap positif jika dilepaskan, dan negatif jika diserap.

Beras. 1. Skema percobaan pengukuran kalor Peltier, Cu - tembaga, Bi - bismut.

Pada diagram percobaan pengukuran kalor Peltier yang disajikan, dengan hambatan yang sama pada kawat R (Cu+Bi) yang diturunkan ke dalam kalorimeter, maka kalor Joule yang dilepaskan pada setiap kalorimeter akan sama, yaitu menurut Q=R·I· Dia. Sebaliknya, kalor peltier akan bernilai positif di satu kalorimeter dan negatif di kalorimeter lainnya. Sesuai dengan skema ini, dimungkinkan untuk mengukur panas Peltier dan menghitung nilai koefisien Peltier untuk pasangan konduktor yang berbeda.

Perlu dicatat bahwa koefisien Peltier sangat bergantung pada suhu. Beberapa nilai koefisien Peltier untuk berbagai pasangan logam disajikan pada tabel.

Nilai koefisien peltier untuk berbagai pasangan logam
Besi-konstantan		Tembaga-nikel		Timbal-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

Koefisien Peltier, yang merupakan karakteristik teknis penting suatu bahan, biasanya tidak diukur, tetapi dihitung melalui koefisien Thomson:

P = sebuah T

dimana P adalah koefisien Peltier, a adalah koefisien Thomson, T adalah suhu absolut.

Penemuan efek Peltier mempunyai pengaruh yang besar terhadap perkembangan fisika selanjutnya, dan selanjutnya berbagai bidang teknologi.

Jadi inti dari efek terbuka adalah sebagai berikut: ketika arus listrik melewati kontak dua konduktor yang terbuat dari bahan yang berbeda, tergantung arahnya, selain panas Joule, panas tambahan juga dilepaskan atau diserap, yang disebut Peltier. panas. Tingkat manifestasi efek ini sangat bergantung pada bahan konduktor yang dipilih dan mode kelistrikan yang digunakan.

Teori klasik menjelaskan fenomena Peltier dengan fakta bahwa elektron yang ditransfer oleh arus dari satu logam ke logam lainnya dipercepat atau diperlambat oleh perbedaan potensial kontak internal antar logam. Dalam kasus pertama, energi kinetik elektron meningkat dan kemudian dilepaskan sebagai panas. Dalam kasus kedua, energi kinetik elektron berkurang, dan hilangnya energi ini diisi kembali karena getaran termal atom-atom konduktor kedua. Akibatnya terjadi pendinginan. Teori yang lebih lengkap tidak memperhitungkan perubahan energi potensial ketika elektron berpindah dari satu logam ke logam lain, tetapi perubahan energi total.

Efek Peltier paling kuat diamati ketika semikonduktor tipe p dan n digunakan. Bergantung pada arah arus listrik melalui kontak semikonduktor dari berbagai jenis - sambungan p-n- dan n-p, karena interaksi muatan yang diwakili oleh elektron (n) dan lubang (p), dan rekombinasinya, energi diserap atau diserap atau dilepaskan. Sebagai hasil dari interaksi ini dan proses energi yang dihasilkan, panas diserap atau dilepaskan. Penggunaan semikonduktor tipe p dan n dalam lemari es termoelektrik diilustrasikan pada Gambar. 2.

Beras. 2. Penggunaan semikonduktor tipe p dan n pada lemari es termoelektrik.

Menggabungkan sejumlah besar pasangan semikonduktor tipe p dan n memungkinkan terciptanya elemen pendingin - modul Peltier dengan daya yang relatif tinggi. Struktur modul Peltier termoelektrik semikonduktor ditunjukkan pada Gambar. 3.

Beras. 3. Struktur modul Peltier

Modul Peltier adalah lemari es termoelektrik yang terdiri dari semikonduktor tipe p dan n yang dihubungkan secara seri, membentuk sambungan pn dan np. Masing-masing sambungan ini memiliki kontak termal dengan salah satu dari dua radiator. Akibat aliran arus listrik dengan polaritas tertentu, terjadi perbedaan suhu antara radiator modul Peltier: satu radiator berfungsi seperti lemari es, radiator lainnya memanas dan berfungsi untuk menghilangkan panas. Pada Gambar. Gambar 4 menunjukkan tampilan modul Peltier pada umumnya.

Beras. 4. Tampilan modul Peltier

Modul tipikal memberikan perbedaan suhu yang signifikan hingga beberapa puluh derajat. Dengan pendinginan paksa yang tepat pada radiator pemanas, radiator kedua - lemari es - memungkinkan seseorang mencapai suhu negatif. Untuk meningkatkan perbedaan suhu, dimungkinkan untuk menyalakan modul termoelektrik Peltier sambil memastikan pendinginan yang memadai. Hal ini memungkinkan, dengan cara yang relatif sederhana, untuk memperoleh perbedaan suhu yang signifikan dan memastikan pendinginan yang efektif dari elemen yang dilindungi. Pada Gambar. Gambar 5 menunjukkan contoh koneksi kaskade modul Peltier standar.

Beras. 5. Contoh koneksi kaskade modul Peltier

Perangkat pendingin berbasis modul Peltier sering disebut lemari es Peltier aktif atau sekadar pendingin Peltier.

Penggunaan modul Peltier pada pendingin aktif membuatnya jauh lebih efisien dibandingkan dengan jenis pendingin standar yang berbasis radiator dan kipas tradisional. Namun, dalam proses merancang dan menggunakan pendingin dengan modul Peltier, sejumlah fitur khusus yang timbul dari desain modul, prinsip operasinya, arsitektur perangkat keras komputer modern, dan fungsionalitas sistem dan aplikasi perangkat lunak.

Kekuatan modul Peltier sangat penting, yang biasanya bergantung pada ukurannya. Modul berdaya rendah tidak memberikan tingkat pendinginan yang diperlukan, yang dapat menyebabkan kegagalan fungsi elemen elektronik yang dilindungi, misalnya prosesor, karena terlalu panas. Namun penggunaan modul dengan daya yang terlalu besar dapat menyebabkan suhu radiator pendingin turun hingga mencapai tingkat kondensasi uap air dari udara, sehingga berbahaya bagi sirkuit elektronik. Pasalnya, air yang terus menerus dihasilkan melalui pengembunan dapat menyebabkan korsleting pada rangkaian elektronik komputer. Penting untuk diingat di sini bahwa jarak antara konduktor pembawa arus pada papan sirkuit cetak modern seringkali hanya sepersekian milimeter. Namun demikian, terlepas dari segalanya, modul Peltier yang kuat sebagai bagian dari pendingin berkinerja tinggi dan sistem pendingin dan ventilasi tambahan yang sesuailah yang memungkinkan KryoTech dan AMD, dalam penelitian bersama, untuk melakukan overclock prosesor AMD yang dibuat menggunakan teknologi tradisional hingga frekuensi melebihi 1 GHz , yaitu, meningkatkan frekuensi operasinya hampir 2 kali lipat dibandingkan mode operasi normalnya. Dan harus ditekankan bahwa tingkat kinerja ini dicapai dengan tetap memastikan stabilitas dan keandalan operasi prosesor yang diperlukan dalam mode paksa. Nah, hasil dari overclocking ekstrem tersebut adalah rekor performa di antara prosesor dengan arsitektur dan sistem instruksi 80x86. Dan perusahaan KryoTech telah menghasilkan banyak uang dengan menawarkan unit pendinginnya ke pasar. Dilengkapi dengan komponen elektronik yang sesuai, mereka ternyata diminati sebagai platform untuk server dan workstation berperforma tinggi. Dan AMD menerima konfirmasi atas produk-produknya yang berkualitas tinggi dan bahan eksperimen yang kaya untuk lebih meningkatkan arsitektur prosesornya. Omong-omong, penelitian serupa dilakukan dengan prosesor Intel Celeron, Pentium II, Pentium III, yang juga menghasilkan peningkatan kinerja yang signifikan.

Perlu dicatat bahwa modul Peltier mengeluarkan panas dalam jumlah yang relatif besar selama pengoperasiannya. Oleh karena itu, Anda sebaiknya tidak hanya menggunakan kipas yang kuat sebagai bagian dari pendingin, tetapi juga tindakan untuk mengurangi suhu di dalam casing komputer untuk mencegah komponen komputer lainnya menjadi terlalu panas. Untuk melakukan ini, disarankan untuk menggunakan kipas tambahan di casing komputer untuk memastikan pertukaran panas yang lebih baik dengan lingkungan di luar casing.

Pada Gambar. Gambar 6 menunjukkan tampilan pendingin aktif yang menggunakan modul semikonduktor Peltier.

Beras. 6. Tampilan pendingin dengan modul Peltier

Perlu dicatat bahwa sistem pendingin berdasarkan modul Peltier tidak hanya digunakan pada sistem elektronik seperti komputer. Modul semacam itu digunakan untuk mendinginkan berbagai perangkat berpresisi tinggi. Modul Peltier sangat penting bagi sains. Pertama-tama, ini berlaku untuk penelitian eksperimental yang dilakukan di bidang fisika, kimia, dan biologi.

Informasi tentang modul Peltier dan lemari es, serta fitur dan hasil penggunaannya, dapat ditemukan di situs Internet, misalnya di alamat berikut:

Fitur operasi

Modul Peltier, yang digunakan sebagai komponen untuk mendinginkan komponen elektronik, memiliki ciri keandalan yang relatif tinggi, dan, tidak seperti lemari es yang dibuat menggunakan teknologi tradisional, modul tersebut tidak memiliki bagian yang bergerak. Dan, seperti disebutkan di atas, untuk meningkatkan efisiensi operasinya, mereka mengizinkan penggunaan kaskade, yang memungkinkan suhu selubung elemen elektronik yang dilindungi ke nilai negatif, bahkan dengan daya disipasinya yang signifikan.

Namun, selain keunggulan yang terlihat jelas, modul Peltier juga memiliki sejumlah sifat dan karakteristik khusus yang harus diperhatikan saat menggunakannya sebagai bagian dari pendingin. Beberapa di antaranya telah disebutkan, tetapi agar modul Peltier dapat diterapkan dengan benar, modul tersebut memerlukan pertimbangan yang lebih rinci. Karakteristik yang paling penting mencakup fitur pengoperasian berikut:

Modul Peltier, yang menghasilkan panas dalam jumlah besar selama pengoperasiannya, memerlukan keberadaan radiator dan kipas yang sesuai di dalam pendingin yang dapat secara efektif menghilangkan kelebihan panas dari modul pendingin. Perlu dicatat bahwa modul termoelektrik dicirikan oleh koefisien kinerja (efisiensi) yang relatif rendah dan, dengan menjalankan fungsi pompa panas, modul tersebut sendiri merupakan sumber panas yang kuat. Penggunaan modul ini sebagai bagian dari alat pendingin komponen elektronik komputer menyebabkan peningkatan suhu yang signifikan di dalam unit sistem, yang seringkali memerlukan tindakan dan sarana tambahan untuk mengurangi suhu di dalam casing komputer. Jika tidak, peningkatan suhu di dalam casing akan menimbulkan kesulitan operasional tidak hanya pada elemen yang dilindungi dan sistem pendinginnya, tetapi juga pada komponen komputer lainnya. Perlu juga ditekankan bahwa modul Peltier merupakan beban tambahan yang relatif kuat untuk catu daya. Dengan mempertimbangkan konsumsi modul Peltier saat ini, daya catu daya komputer harus minimal 250 W. Semua ini mengarah pada kelayakan memilih motherboard ATX dan casing dengan catu daya dengan daya yang cukup. Penggunaan desain ini memudahkan komponen komputer untuk mengatur kondisi termal dan listrik yang optimal. Perlu dicatat bahwa ada lemari es Peltier dengan catu dayanya sendiri.
Modul Peltier, jika terjadi kegagalan, mengisolasi elemen yang didinginkan dari radiator pendingin. Hal ini menyebabkan gangguan yang sangat cepat pada rezim termal elemen yang dilindungi dan kegagalannya yang cepat akibat panas berlebih berikutnya.
Temperatur rendah yang terjadi selama pengoperasian lemari es Peltier dengan daya berlebih berkontribusi terhadap kondensasi uap air dari udara. Hal ini menimbulkan risiko pada komponen elektronik karena kondensasi dapat menyebabkan korsleting antar komponen. Untuk menghilangkan bahaya tersebut, disarankan menggunakan lemari es Peltier dengan daya optimal. Terjadi atau tidaknya kondensasi tergantung pada beberapa parameter. Yang terpenting adalah: suhu lingkungan (dalam hal ini suhu udara di dalam wadah), suhu benda yang didinginkan, dan kelembapan udara. Semakin hangat udara di dalam casing dan semakin tinggi kelembapannya, semakin besar kemungkinan terjadinya kondensasi kelembapan dan kerusakan selanjutnya pada komponen elektronik komputer. Di bawah ini adalah tabel yang menggambarkan ketergantungan suhu kondensasi uap air pada benda yang didinginkan tergantung pada kelembaban dan suhu lingkungan. Dengan menggunakan tabel ini, Anda dapat dengan mudah menentukan apakah ada risiko kondensasi atau tidak. Misalnya, jika suhu luar 25°C dan kelembapan 65%, maka kondensasi uap air pada benda yang didinginkan terjadi ketika suhu permukaannya di bawah 18°C.

Suhu kondensasi kelembaban

Kelembapan, %
Suhu lingkungan, °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

Selain fitur-fitur ini, sejumlah keadaan khusus perlu dipertimbangkan terkait dengan penggunaan modul termoelektrik Peltier sebagai bagian dari pendingin yang digunakan untuk mendinginkan prosesor pusat berkinerja tinggi pada komputer bertenaga.

Arsitektur prosesor modern dan beberapa program sistem menyediakan perubahan konsumsi daya tergantung pada beban pada prosesor. Hal ini memungkinkan Anda untuk mengoptimalkan konsumsi energinya. Omong-omong, ini juga disediakan oleh standar penghematan energi, didukung oleh beberapa fungsi yang ada di perangkat keras dan perangkat lunak komputer modern. Dalam kondisi normal, mengoptimalkan pengoperasian prosesor dan konsumsi dayanya memiliki efek menguntungkan baik pada rezim termal prosesor itu sendiri maupun pada keseimbangan termal secara keseluruhan. Namun, perlu dicatat bahwa mode dengan perubahan konsumsi daya secara berkala mungkin tidak kompatibel dengan sarana pendingin untuk prosesor yang menggunakan modul Peltier. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa lemari es Peltier yang ada umumnya dirancang untuk pengoperasian terus menerus. Oleh karena itu, lemari es Peltier paling sederhana yang tidak memiliki alat kontrol tidak disarankan untuk digunakan bersama dengan program pendingin, seperti CpuIdle, serta dengan sistem operasi Windows NT/2000 atau Linux.

Jika prosesor beralih ke mode konsumsi daya yang lebih rendah dan, karenanya, pembuangan panas, penurunan suhu casing dan kristal prosesor secara signifikan mungkin terjadi. Pendinginan berlebih pada inti prosesor dapat menyebabkan, dalam beberapa kasus, penghentian sementara operasinya, dan akibatnya, komputer macet secara permanen. Harus diingat bahwa, sesuai dengan dokumentasi Intel, suhu minimum yang menjamin pengoperasian prosesor seri Pentium II dan Pentium III yang benar biasanya +5 °C, meskipun, seperti yang ditunjukkan oleh praktik, prosesor tersebut bekerja dengan baik pada suhu yang lebih rendah.

Beberapa masalah juga mungkin timbul akibat pengoperasian sejumlah fungsi bawaan, misalnya fungsi yang mengontrol kipas pendingin. Secara khusus, mode manajemen daya prosesor di beberapa sistem komputer melibatkan perubahan kecepatan kipas pendingin melalui perangkat keras bawaan motherboard. Dalam kondisi normal, ini secara signifikan meningkatkan kinerja termal prosesor komputer. Namun, dalam kasus lemari es Peltier yang paling sederhana, penurunan kecepatan putaran dapat menyebabkan penurunan rezim termal dengan akibat yang fatal bagi prosesor karena panas berlebih oleh modul Peltier yang beroperasi, yang selain berfungsi fungsi pompa kalor, merupakan sumber panas tambahan yang kuat.

Perlu dicatat bahwa, seperti halnya prosesor pusat komputer, lemari es Peltier dapat menjadi alternatif yang baik untuk cara tradisional mendinginkan chipset video yang digunakan pada adaptor video modern berperforma tinggi. Pengoperasian chipset video tersebut disertai dengan pembangkitan panas yang signifikan dan biasanya tidak mengalami perubahan mendadak dalam mode pengoperasiannya.

Untuk menghilangkan masalah dengan mode konsumsi daya variabel yang menyebabkan kondensasi uap air dari udara dan kemungkinan hipotermia, dan dalam beberapa kasus bahkan panas berlebih pada elemen yang dilindungi seperti prosesor komputer, Anda harus menghindari penggunaan mode tersebut dan sejumlah fungsi bawaan. Namun, sebagai alternatif, sistem pendingin yang memberikan kontrol cerdas untuk lemari es Peltier dapat digunakan. Alat tersebut tidak hanya dapat mengontrol pengoperasian kipas, tetapi juga mengubah mode pengoperasian modul termoelektrik yang digunakan sebagai bagian dari pendingin aktif.

Contoh lemari es Peltier

Relatif baru-baru ini, modul Peltier yang diproduksi di dalam negeri muncul di pasar komputer. Ini adalah perangkat yang sederhana, andal, dan relatif murah ($7-$15). Biasanya, kipas pendingin tidak disertakan. Namun demikian, modul semacam itu memungkinkan Anda tidak hanya mengenal alat pendingin yang menjanjikan, tetapi juga menggunakannya untuk tujuan yang dimaksudkan dalam sistem perlindungan komponen komputer. Berikut adalah parameter singkat dari salah satu sampel.

Ukuran modul (Gbr. 7) - 40x40 mm, arus maksimum - 6 A, tegangan maksimum - 15 V, konsumsi daya - hingga 85 W, perbedaan suhu - lebih dari 60 °C. Dengan menyediakan kipas bertenaga, modul ini mampu melindungi prosesor dengan disipasi daya hingga 40 W.

Beras. 7. Penampilan kulkas PAP2X3B

Ada versi modul Peltier domestik yang lebih lemah dan lebih kuat di pasaran.

Kisaran perangkat asing jauh lebih luas. Di bawah ini adalah contoh lemari es yang desainnya menggunakan modul termoelektrik Peltier.

Kulkas Peltier aktif dari Computernerd

Nama	Produsen / pemasok	Parameter kipas	CPU
PAX56B	Kutu buku komputer	bantalan bola	Pentium/MMX hingga 200MHz, 25W
PA6EXB	Kutu buku komputer	bantalan bola ganda, takometer	Pentium MMX hingga 40W
DT-P54A	Solusi DesTech	bantalan bola ganda	Pentium
AC-P2	Pendingin AOC	laher	Pentium II
PAP2X3B	Kutu buku komputer	3 bantalan bola	Pentium II
LANGKAH-UP-53X2	Langkah Termodinamika	2 bantalan bola	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	Kutu buku komputer	3 bantalan bola, takometer	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier	Kutu buku komputer	3 bantalan bola, takometer	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier	Kutu buku komputer	3 bantalan bola, takometer	Pentium II, Celeron

Kulkas PAX56B dirancang untuk mendinginkan prosesor Pentium dan Pentium-MMX dari Intel, Cyrix dan AMD yang beroperasi pada frekuensi hingga 200 MHz. Modul termoelektrik berukuran 30x30 mm memungkinkan lemari es mempertahankan suhu prosesor di bawah 63 °C dengan disipasi daya 25 W dan suhu eksternal 25 °C. Karena sebagian besar prosesor mengeluarkan lebih sedikit daya, pendingin ini memungkinkan Anda menjaga suhu prosesor jauh lebih rendah daripada banyak pendingin alternatif yang berbasis radiator dan kipas. Modul Peltier kulkas PAX56B ditenagai oleh sumber 5V yang mampu menghasilkan daya maksimum 1,5A. Kipas angin kulkas ini memerlukan tegangan sebesar 12 V dan arus sebesar 0,1 A (maksimum). Parameter kipas kulkas PAX56B: bantalan bola, 47,5 mm, 65000 jam, 26 dB. Ukuran keseluruhan kulkas ini adalah 25x25x28.7 mm. Perkiraan harga kulkas PAX56B adalah $35. Harga yang tertera diberikan sesuai dengan daftar harga perusahaan pada pertengahan tahun 2000.

Kulkas PA6EXB dirancang untuk mendinginkan prosesor Pentium-MMX yang lebih bertenaga yang menghabiskan daya hingga 40 W. Kulkas ini cocok untuk semua prosesor dari Intel, Cyrix dan AMD, terhubung melalui Socket 5 atau Socket 7. Modul termoelektrik Peltier yang disertakan dalam kulkas PA6EXB memiliki ukuran 40x40 mm dan mengkonsumsi arus maksimum 8 A (biasanya 3 A) pada tegangan 5 B dengan koneksi melalui konektor daya komputer standar. Ukuran keseluruhan kulkas PA6EXB adalah 60x60x52.5mm. Pada saat memasang lemari es ini, untuk pertukaran panas yang baik antara radiator dan lingkungan, perlu disediakan ruang terbuka di sekitar lemari es minimal 10 mm di bagian atas dan 2,5 mm di bagian samping. Kulkas PA6EXB menyediakan suhu prosesor 62,7 °C dengan disipasi daya 40 W dan suhu eksternal 45 °C. Mengingat prinsip pengoperasian modul termoelektrik yang disertakan dalam lemari es ini, untuk menghindari kondensasi uap air dan korsleting, maka perlu untuk menghindari penggunaan program yang mengalihkan prosesor ke mode tidur dalam waktu lama. Perkiraan harga lemari es tersebut adalah $65. Harga yang tertera diberikan sesuai dengan daftar harga perusahaan pada pertengahan tahun 2000.

Kulkas DT-P54A (juga dikenal sebagai PA5B Computernerd) dirancang untuk prosesor Pentium. Namun, beberapa perusahaan yang menawarkan lemari es ini di pasar juga merekomendasikannya kepada pengguna Cyrix/IBM 6x86 dan AMD K6. Radiator yang disertakan dalam lemari es cukup kecil. Dimensinya 29x29 mm. Kulkas memiliki sensor suhu internal yang akan memberi tahu Anda tentang panas berlebih jika perlu. Ia juga mengontrol elemen Peltier. Kit ini mencakup perangkat pemantauan eksternal. Ia melakukan fungsi memantau tegangan dan pengoperasian elemen Peltier itu sendiri, pengoperasian kipas, serta suhu prosesor. Perangkat akan menghasilkan alarm jika elemen Peltier atau kipas gagal, jika kipas berputar kurang dari 70% kecepatan yang diperlukan (4500 RPM), atau jika suhu prosesor naik di atas 145°F (63°C). Jika suhu prosesor naik di atas 100°F (38°C), elemen Peltier secara otomatis dihidupkan, jika tidak maka akan berada dalam mode mati. Fungsi terakhir menghilangkan masalah yang terkait dengan kondensasi kelembaban. Sayangnya, elemen itu sendiri menempel sangat erat pada radiator sehingga tidak mungkin dipisahkan tanpa merusak strukturnya. Hal ini membuat tidak mungkin untuk memasangnya pada radiator lain yang lebih bertenaga. Sedangkan untuk kipas angin, desainnya ditandai dengan tingkat keandalan yang tinggi dan memiliki parameter tinggi: tegangan suplai - 12 V, kecepatan putaran - 4500 RPM, kecepatan suplai udara - 6,0 CFM, konsumsi daya - 1 W, karakteristik kebisingan - 30 dB. Kulkas ini cukup efisien dan berguna untuk overclocking. Namun, dalam beberapa kasus overclocking prosesor, Anda cukup menggunakan radiator besar dan pendingin yang baik. Kulkas ini dihargai antara $39 dan $49. Harga yang tertera diberikan sesuai dengan daftar harga beberapa perusahaan pada pertengahan tahun 2000.

Kulkas AC-P2 dirancang untuk prosesor Pentium II. Kit ini mencakup pendingin 60 mm, radiator, dan elemen Peltier 40 mm. Ini tidak cocok untuk prosesor Pentium II 400 MHz dan lebih tinggi, karena chip memori SRAM praktis tidak didinginkan. Perkiraan harga untuk pertengahan tahun 2000 adalah $59.

Kulkas PAP2X3B (Gbr. 8) mirip dengan AOC AC-P2. Dua pendingin 60 mm ditambahkan ke dalamnya. Masalah dengan pendinginan memori SRAM masih belum terselesaikan. Perlu dicatat bahwa lemari es tidak disarankan untuk digunakan bersama dengan program pendingin, seperti, misalnya, CpuIdle, serta pada sistem operasi Windows NT atau Linux, karena kemungkinan besar terjadi kondensasi uap air pada prosesor. Perkiraan harga untuk pertengahan tahun 2000 adalah $79.

Beras. 8. Penampilan kulkas PAP2X3B

Kulkas STEP-UP-53X2 dilengkapi dengan dua buah kipas yang memompa udara dalam jumlah besar melalui radiator. Perkiraan harga untuk pertengahan tahun 2000: $79 (Pentium II), $69 (Celeron).

Kulkas seri Bcool dari Computernerd (PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier, PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier, PAP2CX3B-10S, BCool-EST PC-Peltier) dirancang untuk prosesor Pentium II dan Celeron dan memiliki karakteristik serupa yang disajikan di tabel berikut.

Kulkas seri BCool

Barang	PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier	PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier
Prosesor yang direkomendasikan	Pentium II dan Celeron
Jumlah penggemar	3
Tipe kipas sentral	Bantalan Bola, takometer (12 V, 120 mA)
Ukuran Kipas Tengah	60x60x10mm
Jenis kipas eksternal	Laher	Bantalan bola, takometer	Bantalan bola, termister
Ukuran Kipas Eksternal	60x60x10mm	60x60x25mm
Tegangan, arus	12V, 90mA	12V, 130mA	12V, 80-225mA
Total area jangkauan kipas	84,9cm2
Total arus untuk kipas (daya)	300 mA (3,6W)	380mA (4,56W)	280-570 mA (3,36-6,84W)
Jumlah pin pada heatsink (tengah)	63 panjang dan 72 pendek
Jumlah pin pada heatsink (setiap tepinya)	45 panjang dan 18 pendek
Jumlah total pin pada heatsink	153 panjang dan 108 pendek
Dimensi radiator (tengah)	57x59x27 mm (termasuk modul termoelektrik)
Dimensi radiator (setiap tepi)	41x59x32mm
Dimensi radiator umum	145x59x38 mm (termasuk modul termoelektrik)
Dimensi umum lemari es	145x60x50 mm	145x60x65mm
Berat lemari es	357 gram	416 gram	422 gram
Menjamin	5 tahun
Perkiraan harga (2000)	$74.95	$79.95	$84.95

Perlu dicatat bahwa kelompok lemari es BCool juga akan mencakup perangkat yang memiliki karakteristik serupa, tetapi tidak memiliki elemen Peltier. Lemari es seperti itu tentu saja lebih murah, tetapi juga kurang efektif sebagai alat pendingin komponen komputer.

Saat menyiapkan artikel ini, bahan dari buku “PC: Pengaturan, Optimasi, dan Overclocking” digunakan. edisi ke-2, direvisi. dan tambahan, - St. Petersburg: BHV - Petersburg. 2000. - 336 hal.

Portal untuk anak sekolah. Persiapan diri