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Introdução

O efeito Peltier é um fenômeno termoelétrico no qual o calor é liberado ou absorvido quando uma corrente elétrica passa no ponto de contato (junção) de dois condutores diferentes.

O efeito Seebeck é o fenômeno da ocorrência de EMF em um circuito elétrico fechado que consiste em condutores diferentes conectados em série, cujos contatos estão em diferentes temperaturas.

Ambos os efeitos foram descobertos no século 19: J. Peltier em 1834, a essência do fenômeno foi explorada alguns anos depois - em 1838 por Lenz, que conduziu um experimento no qual colocou uma gota d'água em um recesso em a junção de duas hastes de bismuto e antimônio. T. I. Seebeck descobriu o efeito de mesmo nome em 1821. Em 1822, publicou os resultados de seus experimentos no artigo “Sobre a questão da polarização magnética de certos metais e minérios que surgem sob condições de diferenças de temperatura”, publicado nos relatórios da Academia Prussiana de Ciências

Fiquei interessado neste tópico porque elementos inventados no século 19 ainda são efetivamente usados ​​em dispositivos modernos. Apesar de em cada caso específico ser selecionado um elemento com os parâmetros necessários, a teoria e as fontes indicam que os elementos são intercambiáveis. Se isso é verdade ou não, planejamos verificar em nosso estudo.

Formulação do problema:

Ambos os efeitos (o efeito Peltier e o efeito Seebeck) são amplamente utilizados na tecnologia moderna, e o princípio de funcionamento dos elementos criados a partir deles pode ser entendido como parte de um curso escolar de física. Entretanto, esses efeitos não são mencionados no curso de física escolar. Este trabalho, para além do seu significado aplicado, tem também um importante aspecto metodológico associado à inclusão de uma descrição de diversas realizações científicas no percurso escolar.

Pesquisar hipóteses: Existem diferenças ao usar efeitos Peltier e Seebeck diretos e inversos.

Propósito do estudo: identificar as características distintivas do efeito Peltier e do efeito Seebeck quando usados ​​nas direções direta e reversa.

Objetivos de pesquisa:

Estude a história da descoberta do efeito Peltier e do efeito Seebeck.

Estudar as características do efeito Peltier direto e inverso, efeito Seebeck direto e inverso.

Crie uma configuração para conduzir o experimento.

Conduza uma série de experimentos para testar a hipótese.

Analise os resultados do experimento e tire uma conclusão se a hipótese foi confirmada ou não.

Objeto de estudo: Elemento Peltier e elemento Seebeck.

Assunto de estudo: características do efeito direto e inverso do efeito Peltier e do efeito Seebeck direto e inverso.

Métodos de pesquisa

Os seguintes métodos foram usados ​​no estudo:

1. Teórico:

Análise das fontes de informação sobre a história da descoberta dos efeitos Peltier e Seebeck consideradas na obra,

Análise de informações sobre o princípio de funcionamento dos elementos Peltier e Seebeck,

Análise dos dados experimentais obtidos.

Indução incompleta: formulação de uma conclusão baseada em dados que não abrangem todos os aspectos e possíveis combinações de características dos objetos em estudo.

2. Empírico:

Realização de uma série de experimentos para testar uma hipótese.

Esta pesquisa é aplicada. Os resultados do estudo fornecerão uma resposta sobre a eficácia da intercambialidade dos elementos Peltier e Seebeck.

Análise de fonte

Ao descrever os efeitos em estudo, todas as fontes mencionam que existe “o efeito Peltier e o seu efeito inverso, o chamado efeito Seebeck”, enquanto o efeito Seebeck inverso não é mencionado. Neste trabalho, além de descobrirmos os efeitos Peltier direto e inverso e compararmos o efeito Peltier inverso com o efeito Seebeck direto, testaremos a existência do efeito Seebeck inverso.

A relevância do tema em estudo é indicada pela atenção que os livros didáticos estrangeiros dedicam ao estudo desses efeitos. Eles fornecem não apenas uma descrição dos efeitos em consideração, mas também uma explicação sobre eles, e também falam sobre sua aplicação.

O site do fabricante russo de equipamentos educacionais, 3B Scientific LLC, oferece uma instalação laboratorial “Efeito Seebeck” no valor de RUB 229.873,00. , ao qual está anexado um desenvolvimento metodológico. Depois de estudá-lo, chegamos à conclusão de que tal experimento pode ser realizado em equipamentos que não exigem custos tão elevados.

Parte principal do efeito Pelte

O efeito Peltier é um fenômeno termoelétrico de transferência de energia durante a passagem de uma corrente elétrica no ponto de contato (junção) de dois condutores diferentes, de um condutor para outro. É também o efeito inverso do efeito Seebeck, mas também pode desempenhar as suas funções.

Quando um lado é aquecido e o outro resfriado, este elemento pode produzir eletricidade. E também esse elemento tem o efeito contrário, ou seja, quando esse elemento está conectado à eletricidade, um lado esfria e o outro esquenta.

A razão para o fenômeno Peltier é a seguinte. No contato de duas substâncias existe uma diferença de potencial de contato, que cria um campo de contato interno. Se uma corrente elétrica flui através de um contato, esse campo facilitará ou dificultará a passagem da corrente. Se a corrente flui contra o campo de contato, então a fonte externa deverá gastar energia adicional, que é liberada no contato, o que levará ao seu aquecimento. Se a corrente flui na direção do campo de contato, ela pode ser sustentada por esse campo, que realiza o trabalho de mover cargas. A energia necessária para isso é retirada da substância, o que leva ao seu resfriamento no ponto de contato.

Efeito Seebeck

O efeito Seebeck é o fenômeno da ocorrência de EMF em um circuito elétrico fechado que consiste em condutores diferentes conectados em série, cujos contatos estão em diferentes temperaturas.

Se houver um gradiente de temperatura ao longo do condutor, então os elétrons na extremidade quente adquirem energias e velocidades mais altas do que na extremidade fria; nos semicondutores, além disso, a concentração de elétrons de condução aumenta com a temperatura. O resultado é um fluxo de elétrons da extremidade quente para a extremidade fria. Uma carga negativa se acumula na extremidade fria e uma carga positiva não compensada permanece na extremidade quente. O processo de acumulação de carga continua até que a diferença de potencial resultante provoque um fluxo de elétrons na direção oposta, igual ao primário, estabelecendo-se assim o equilíbrio.

A fem, cuja ocorrência é descrita por este mecanismo, é chamada fem volumétrica.

Características dos elementos Peltier e Seebeck

A principal característica destes elementos é que o elemento Peltier tem o efeito oposto, mas o elemento Seebeck não. E isso apesar do efeito oposto do elemento Peltier ser o efeito do elemento Seebeck.

Como resultado, o efeito Seebeck tornou-se amplamente utilizado em vários campos.

O elemento Peltier é exatamente o oposto dos dispositivos baseados no efeito Seebeck. Neste caso, pelo contrário, sob a influência da corrente elétrica forma-se uma diferença de temperatura nos locais de trabalho da estrutura. Assim, com a ajuda da corrente elétrica, o calor é transferido de um termopar para outro. Quando a direção da corrente muda, o lado aquecido assumirá o estado oposto.

Este efeito ocorre em dois condutores diferentes com a mesma condutividade. Em cada um deles, os elétrons possuem um valor energético diferente e estão localizados a uma distância muito próxima um do outro. Como resultado, as cargas serão transferidas de um meio para outro, e os elétrons com maior energia no contexto de níveis baixos cederão o excesso à rede cristalina, causando aquecimento. Se faltar energia, ao contrário, ela é transferida da rede cristalina, levando ao resfriamento da junção.

Aplicação do efeito Peltier e do efeito Seebeck

Os efeitos estudados são utilizados para criar sensores térmicos, geradores termoelétricos e também em computadores para melhorar o resfriamento do processador.

Atualmente, o efeito Seebeck é aplicado em sensores integrados, nos quais pares correspondentes de materiais são depositados na superfície de substratos semicondutores. Um exemplo de tais sensores é um termopar para detecção de radiação térmica. Como o silício tem um coeficiente de Seebeck bastante grande, detectores termoelétricos altamente sensíveis são feitos com base nele.

Uma das limitações significativas que surgem ao usar um conversor termoelétrico é o baixo coeficiente de eficiência - 3-8%. Mas se não for possível instalar linhas de energia padrão e se espera que a carga na rede seja pequena, então o uso de geradores termoelétricos é totalmente justificado. Na verdade, os dispositivos que operam no efeito Seebeck podem ser usados ​​em uma ampla variedade de campos:

1. Fornecimento de energia para tecnologia espacial;

2. Fonte de alimentação para equipamentos de gás e petróleo;

3. Geradores domésticos;

4. Sistemas de navegação marítima;

5. Sistemas de aquecimento;

6. Operação de calor residual de veículos;

7. Conversores de energia solar;

8. Conversores de calor gerados por fontes naturais (por exemplo, águas geotérmicas).

O efeito Peltier é utilizado em duas situações: quando é necessário fornecer calor à junção dos materiais, ou retirá-lo, o que é feito alterando o sentido da corrente. Esta propriedade encontrou sua aplicação em dispositivos onde é necessário um controle preciso de temperatura. Os elementos Peltier são usados ​​em situações onde o resfriamento com uma pequena diferença de temperatura é necessário ou a eficiência energética do cooler não é importante. Por exemplo, os elementos Peltier são utilizados em refrigeradores de carros pequenos, pois o uso de compressor neste caso é impossível devido às dimensões limitadas e, além disso, a potência de refrigeração necessária é pequena.

Além disso, os elementos Peltier são usados ​​para resfriar dispositivos de carga acoplada em câmeras digitais. Devido a isso, é alcançada uma redução notável no ruído térmico durante longas exposições (por exemplo, em astrofotografia). Elementos Peltier multiestágio são usados ​​para resfriar receptores de radiação em sensores infravermelhos.

Elementos Peltier também são frequentemente usados:

1. Para resfriamento e controle de temperatura de lasers de diodo para estabilizar o comprimento de onda da radiação;

2. Na informática;

3. Em dispositivos radioelétricos;

4. Em equipamentos médicos e farmacêuticos;

5. Em eletrodomésticos;

6. Em equipamentos de climatização;

7. Em termostatos;

8. Em equipamentos ópticos;

9. Para controlar o processo de cristalização;

10. Como pré-aquecimento para fins de aquecimento;

11. Para resfriar bebidas;

12. Em instrumentos laboratoriais e científicos;

13. Em máquinas de fazer gelo;

14. Em aparelhos de ar condicionado;

15. Gerar eletricidade;

16. Em medidores eletrônicos de vazão de água.

É claro que os dispositivos de resfriamento Peltier dificilmente são adequados para uso em massa. Eles são bastante caros e requerem operação adequada. Hoje é mais uma ferramenta para overclockers de processador. No entanto, se for necessário resfriar fortemente os processadores, os coolers Peltier são os dispositivos mais eficazes.

Houve relatos de experimentos sobre a incorporação de módulos Peltier em miniatura diretamente em chips de processador para resfriar suas estruturas mais críticas. Esta solução promove melhor resfriamento ao reduzir a resistência térmica e pode aumentar significativamente a frequência operacional e o desempenho dos processadores.

Muitos laboratórios de investigação estão a realizar trabalhos para melhorar os sistemas que garantam condições óptimas de temperatura para os elementos electrónicos. E os sistemas de refrigeração que utilizam módulos termoelétricos Peltier são considerados extremamente promissores.

Descrição da configuração experimental

Para conduzir o experimento, foi criado um setup para obter os dados necessários.

Para reduzir a troca de calor com o meio ambiente, é necessária a criação de um termostato. Na instalação experimental, isto foi conseguido com a ajuda de materiais de isolamento térmico utilizados durante a construção, nos quais foram criados dois banhos, separados num caso por elementos Peltier, no outro caso por um elemento Seebeck. Caixas de suco à prova d'água eram usadas como banho. A impermeabilização dos elementos foi realizada com pistola de cola.

Para a realização do experimento foram selecionados elementos Peltier e Seebeck com características semelhantes: tensão e potência de operação.

Multímetros foram usados ​​como instrumentos de medição para registrar a temperatura.

O valor da tensão também foi medido com multímetro ou voltímetro.

Procedimento experimental

Dependendo do elemento em estudo, água de diferentes temperaturas foi despejada em diferentes seções dos banhos (efeito Seebeck direto e efeito Peltier inverso), ou água da mesma temperatura para detectar o efeito Peltier direto e efeito Seebeck inverso).

As leituras do sensor de temperatura foram inseridas em uma tabela (Apêndice 1), com base na qual foram construídos gráficos de tensão versus temperatura.

Cada experiência foi realizada durante 7 a 10 minutos.

Resultados da experiência

Com base nos dados obtidos durante quatro experimentos, foram construídos gráficos

Durante o experimento, o efeito Seebeck direto e o efeito Peltier inverso são observados para os elementos correspondentes, cujos valores de tensão são aproximadamente os mesmos. Como pode ser visto no gráfico, a dependência da tensão no elemento com a diferença nas temperaturas da superfície é semelhante. A diferença de significado se deve à diferença nas características dos objetos.

Comparação do efeito Peltier direto e do efeito Seebeck inverso

Efeito Seebeck reverso

Como pode ser visto no gráfico, tendo em conta os erros associados às características de design do dispositivo (indicadas nas instruções), podemos assumir que a temperatura não se alterou durante a experiência, o que indica que o efeito Seebeck inverso não foi registrado.

Isso pode ser avaliado pelo gráfico com a adição de uma linha de tendência

Efeito Peltier direto

O experimento confirmou a presença do efeito Peltier direto: em uma parte do banho a temperatura aumentou, na outra caiu.

Uma conclusão semelhante segue da análise das mudanças na diferença de temperatura entre os dois lados do elemento Peltier.

Conclusão:

O elemento Peltier tem efeitos diretos e inversos. O elemento Seebeck só pode ser usado na direção direta.

CONCLUSÃO

Ao trabalhar no estudo, com base nas fontes disponíveis, foram estudadas a história e as características do efeito Peltier direto e inverso, do efeito Seebeck direto e inverso.

A criação de uma instalação eficaz permitiu realizar com qualidade as experiências planeadas para confirmar a hipótese apresentada.

O estudo revelou as características distintivas do efeito Peltier e do efeito Seebeck quando usados ​​​​nas direções direta e reversa.

A suposição sobre a ausência do efeito Seebeck reverso foi totalmente confirmada. Com base nesta afirmação, deve-se lembrar que elementos como os elementos Peltier e Seebeck são mais eficazes quando utilizados para o fim a que se destinam, embora seja possível utilizar o efeito Seebeck direto e o efeito Peltier reverso. Mesmo que existam semelhanças estruturais, para estar de acordo com a tecnologia é preciso trabalhar com um efeito específico.

Após um estudo detalhado do efeito Peltier, podemos concluir: apesar de a utilização do efeito Peltier exigir medidas e pesquisas adicionais para estudar o uso seguro e racional dos módulos Peltier como dispositivos de refrigeração, este fenômeno é extremamente promissor.

LISTA DE REFERÊNCIAS USADAS

1. Landau L.D., Lifshits E.M. Física teórica: livro didático. manual: Para universidades. Em 10. volume T. VIII. Eletrodinâmica de meios contínuos. - 4ª ed., estereot.-m.: Fizmatlit, 2000. - 656 p.

2. Narkevich I.I. Física: livro didático/ I.I. Narkevich, E. I. Vomlyansky, S.I. Publicamente. - Mn.: Novos conhecimentos, 2004. - 680 p.

3. Rowell G., Herbert S. Física / Trad. do inglês editado por V.G. Razumovsky. - M.: Educação, 1994. - 576 p.: il.

4. Sivukhin S.D. Curso geral de física. - M.: Nauka, 1977. - T.3. Eletricidade.- P.490-494.

5.. Física: Enciclopédia./ Abaixo. Ed. Yu.V. Prokhorova. - M.: Grande Enciclopédia Russa, 2003. - 944 p.: il., 2 p. cor

6. Enciclopédia Física, Vol. 5. Dispositivos estroboscópicos - brilho / Cap. Ed. SOU. Prokhorov. Ed. Coronel: D. M. Baldin, Grande Enciclopédia Russa, 1998. - 760 p.

7. Vladimir Lank, Miroslav Vondra. Fizika v kocke. - Ceska republika: FRAGMENTO, 2000. - 120 p. Livro didático para o ensino secundário, República Eslovaca.

8. Tsokos K.A. Física para o Diploma IB. Quinta edição. - Reino Unido: Cambridge University Press, 2004. - 850 p. Livro didático para o Programa de Bacharelado Internacional

9. Site da empresa 3bscientific. [recurso eletrônico]// https://www.3bscientific.ru/laboratory-installation-seebeck-effect-8000731-ue6020500-230,p_1440_28886.html (data de acesso: 18 de fevereiro de 2018)

Apêndice 1. Resultados experimentais

Experiência 1. Efeito Seebeck direto

Tempo t, s			Diferença de temperatura Δ t, o C	Tensão U, V

Experiência 2. Efeito Peltier reverso

Tempo t, s	Temperatura da água fria tx, o C	Temperatura da água quente t g, o C	Diferença de temperatura Δ t, o C	Tensão U, V

Experimento 3: efeito Seebeck reverso

Tempo t, s	Temperatura da água fria tx, o C	Temperatura da água quente t g, o C	Diferença de temperatura Δ t, o C	Tensão

Experiência 4. Efeito Peltier direto

Tempo t, s	Temperatura da água fria tx, o C	Temperatura da água quente t g, o C	Diferença de temperatura Δ t, o C	Tensão U, V

Apêndice 2. Foto de instalação

Os elementos Peltier são conversores termoelétricos especiais que operam segundo o princípio Peltier. (formação de diferença de temperatura quando ligada corrente elétrica, ou seja, refrigerador termoelétrico).

Não é nenhum segredo que os dispositivos eletrônicos esquentam durante a operação. O aquecimento afeta negativamente o processo de trabalho, portanto, para resfriar de alguma forma os aparelhos, elementos especiais são embutidos no corpo do aparelho, em homenagem ao inventor francês - Peltier. Este é um elemento de pequeno porte que pode resfriar componentes de rádio nas placas dos dispositivos. Instalá-lo sozinho não causará problemas; a instalação no circuito é feita com um ferro de solda comum.

1 — Isolador cerâmico
2 - condutor tipo n
3 - condutor tipo p
4 – Condutor de cobre

Nos primeiros tempos, ninguém estava interessado em questões de refrigeração, por isso esta invenção permaneceu sem uso. Dois séculos depois, na utilização de dispositivos eletrônicos na vida cotidiana e na indústria, começaram a ser utilizados elementos Peltier em miniatura, lembrando o efeito do inventor francês.

Princípio de funcionamento

Para entender como funciona um elemento baseado na invenção de Peltier, é necessário entender os processos físicos. O efeito é combinar dois materiais com propriedades condutoras que possuem energias eletrônicas diferentes na região de condução. Quando uma corrente elétrica é conectada à zona de acoplamento, os elétrons recebem alta energia para se moverem para a zona de maior condutividade do segundo semicondutor. À medida que a energia é absorvida, os condutores esfriam. Quando a corrente flui na direção oposta, ocorre o efeito usual de aquecimento do contato.

Todo o trabalho é realizado ao nível da rede atômica do material. Para entender melhor o trabalho, vamos imaginar um gás formado por partículas – os fônons. A temperatura do gás depende dos parâmetros:

• Propriedades do metal.
• Temperatura ambiente.

Assumimos que o metal consiste em uma mistura de gases de elétrons e fônons que está em equilíbrio termodinâmico. Quando dois metais de temperaturas diferentes se tocam, o gás de elétrons frio se move para o metal quente. Uma diferença de potencial é criada.

Na junção do contato, os elétrons absorvem a energia do fônon e a transferem para o outro metal, para os fônons. Ao mudar os pólos da fonte de corrente, todo o processo será invertido. A diferença de temperatura aumentará até que elétrons livres com alto potencial estejam disponíveis. Na sua ausência, as temperaturas nos metais serão equalizadas.

Se você instalar um dissipador de calor de alta qualidade na forma de um radiador em um lado da placa Peltier, o segundo lado da placa criará uma temperatura mais baixa. Será várias dezenas de graus mais baixo que o ar circundante. Quanto maior o valor da corrente, mais forte será o resfriamento. Quando a polaridade da corrente é invertida, os lados frio e quente trocam entre si.

Ao conectar um elemento Peltier ao metal, o efeito torna-se insignificante, portanto dois elementos ficam praticamente instalados. Seu número pode ser qualquer, depende da necessidade de potência de resfriamento.

A eficácia do efeito Peltier depende da precisão com que as propriedades dos metais são selecionadas, da intensidade da corrente que flui através do dispositivo e da taxa de remoção de calor.

Escopo de uso

Para aplicar o elemento Peltier na prática, os cientistas realizaram vários experimentos que mostraram que um aumento na remoção de calor é alcançado aumentando o número de conexões de dois materiais. Quanto maior o número de junções de materiais, maior será o efeito. Mais frequentemente em nossas vidas, esse elemento é usado para resfriar dispositivos eletrônicos e reduzir a temperatura em microcircuitos.

Aqui estão alguns de seus usos:

• Dispositivos de visão noturna.
• Câmeras digitais, dispositivos de comunicação, microcircuitos que requerem resfriamento de alta qualidade para melhor efeito de imagem.
• Telescópios resfriados.
• Ar condicionado.
• Sistemas de resfriamento de relógio preciso para osciladores elétricos de quartzo.
• Geladeiras.
• Refrigeradores de água.
• Geladeiras automotivas.
• Placas de vídeo.

Os elementos Peltier são frequentemente usados ​​em sistemas de refrigeração e ar condicionado. É possível atingir temperaturas bastante baixas, o que abre a possibilidade de ser utilizado para refrigeração de equipamentos com maior aquecimento.

Atualmente, especialistas utilizam elementos Peltier em sistemas acústicos que atuam como resfriadores. Os elementos Peltier não criam nenhum som, portanto o silêncio é uma de suas vantagens. Esta tecnologia tornou-se popular devido à sua poderosa transferência de calor. Os elementos fabricados com tecnologia moderna são compactos e os radiadores de resfriamento mantêm uma determinada temperatura por muito tempo.

A vantagem dos elementos é a sua longa vida útil, pois são feitos em forma de corpo monolítico, sendo pouco provável o mau funcionamento. O design simples do tipo usual amplamente utilizado é simples, composto por dois fios de cobre com terminais e fios, isolamento cerâmico.

Esta é uma pequena lista de locais de aplicação. Está se expandindo para incluir dispositivos domésticos, computadores e carros. Pode-se notar a utilização de elementos Peltier na refrigeração de microprocessadores de alto desempenho. Anteriormente, apenas ventiladores eram instalados neles. Agora, ao instalar um módulo com elementos Peltier, o ruído no funcionamento dos dispositivos diminuiu significativamente.

Os circuitos de refrigeração dos refrigeradores convencionais mudarão para circuitos que utilizam o efeito Peltier? Hoje isso dificilmente é possível, pois os elementos apresentam baixa eficiência. Seu custo também não permite seu uso em geladeiras, por ser bastante elevado. O futuro mostrará como essa direção se desenvolverá. Hoje, estão sendo realizados experimentos com soluções sólidas semelhantes em estrutura e propriedades. Ao utilizá-los, o preço do módulo de refrigeração pode diminuir.

Efeito reverso dos elementos Peltier

Tecnologia desse tipo possui uma característica com fatos interessantes. Este é o efeito da geração de corrente elétrica pelo resfriamento e aquecimento da placa do módulo Peltier. Ou seja, serve como gerador de energia elétrica, com efeito contrário.

Tais geradores de electricidade ainda existem puramente teoricamente, mas podemos esperar um desenvolvimento futuro nesta direcção. Ao mesmo tempo, o inventor francês não encontrou nenhuma aplicação para sua descoberta.

Hoje esse efeito termoelétrico é amplamente utilizado na eletrônica. O escopo de aplicação está em constante expansão, o que é confirmado por relatos e experiências de pesquisadores e cientistas. No futuro, os eletrodomésticos e os eletrodomésticos terão capacidades inovadoras avançadas. As geladeiras ficarão silenciosas, assim como os computadores. Enquanto isso, os módulos Peltier são montados em circuitos diferentes para resfriar os componentes do rádio.

Vantagens e desvantagens

As vantagens dos elementos Peltier incluem os seguintes fatos:

• O alojamento compacto dos elementos permite sua montagem em uma placa com componentes de rádio.
• Não existem peças móveis ou friccionais, o que aumenta sua vida útil.
• Permite a ligação de vários elementos numa só cascata, segundo um esquema que permite reduzir a temperatura de partes muito quentes.
• Ao alterar a polaridade da tensão de alimentação, o elemento funcionará na ordem inversa, ou seja, os lados de resfriamento e aquecimento mudarão de lugar.

As desvantagens incluem o seguinte:

• Coeficiente de ação insuficiente influenciando o aumento da corrente fornecida para atingir a diferença de temperatura necessária.
• Um sistema bastante complexo para remover calor da superfície de resfriamento.

Como fazer elementos Peltier para geladeira

Você mesmo pode fazer esses elementos Peltier de forma rápida e fácil. Primeiro você precisa decidir sobre o material das placas. É necessário pegar placas de elementos feitos de cerâmica durável, preparar condutores em quantidades superiores a 20 peças, para garantir a maior diferença de temperatura. Com um número suficiente de elementos de eficiência, haverá um aumento significativo no desempenho do refrigerador.

A potência da geladeira usada desempenha um papel importante. Se funcionar com freon líquido, não haverá problemas de desempenho. As placas dos elementos são montadas próximas ao evaporador, montadas junto com o motor. Para tal instalação você precisará de um determinado conjunto de juntas e ferramentas. Isso garantirá que a parte inferior da geladeira esfrie rapidamente.

É necessário um isolamento cuidadoso dos condutores, somente depois de conectados ao compressor. Após concluir a instalação, é necessário verificar a tensão com um multímetro. Se os elementos funcionarem mal (por exemplo, um curto-circuito), o termostato funcionará.

Outras aplicações de módulos termoelétricos

O efeito do módulo Peltier é usado hoje, graças às leis da física. O excesso de energia dos elementos é sempre útil onde é necessária uma troca de calor rápida e silenciosa.

Os principais locais onde os módulos são usados:

• Resfriamento de microprocessadores.
• Os motores de combustão interna produzem gases de escape, que os cientistas começaram a utilizar para gerar energia auxiliar por meio de módulos termoelétricos. A energia assim obtida é novamente fornecida ao motor na forma de eletricidade. Isto cria economia de combustível.
• Em aparelhos domésticos que atuam no aquecimento ou resfriamento.

Um refrigerador pode se tornar um aquecedor e um refrigerador pode funcionar como um gabinete de aquecimento se a polaridade CC for invertida. Isso é chamado de efeito reversível.

Este princípio é utilizado em recuperadores. Consiste em uma caixa de duas câmaras. Eles estão conectados entre si por um ventilador. Os elementos Peltier aquecem o ar frio que vem de fora usando a energia extraída do ar quente de dentro da sala. Este dispositivo economiza custos de aquecimento ambiente.

A liberação ou absorção (dependendo da direção da corrente) de calor no contato de dois semicondutores diferentes ou de um metal e um semicondutor

Animação

Descrição

O efeito Peltier é um fenômeno termoelétrico, o oposto do efeito Seebeck: quando uma corrente elétrica I passa por um contato (junção) de duas substâncias diferentes (condutores ou semicondutores) no contato, além do calor Joule, calor Peltier adicional QP é liberado em uma direção da corrente e absorvido na direção oposta.

A quantidade de calor gerada Q P e seu sinal dependem do tipo de substâncias em contato, da intensidade da corrente e do tempo de sua passagem:

dQ P = p 12 H I H dt.

Aqui p 12 = p 1 -p 2 é o coeficiente de Peltier para um determinado contato, associado aos coeficientes absolutos de Peltier p 1 e p 2 dos materiais em contato. Neste caso, assume-se que a corrente flui da primeira amostra para a segunda. Quando o calor Peltier é liberado, temos: Q P >0, p 12 >0, p 1 > p 2 . Quando o calor Peltier é absorvido, ele é considerado negativo e, consequentemente: Q P<0,p 12 <0, p 1

Em vez do calor Peltier, muitas vezes é usada uma quantidade física, definida como a energia térmica liberada a cada segundo em um contato de uma unidade de área. Essa quantidade, chamada de potência de liberação de calor, é determinada pela fórmula:

q P = p 12 H j,

onde j=I/S - densidade de corrente;

S - área de contato;

a dimensão desta quantidade é SI = W/m2.

Segue-se das leis da termodinâmica que o coeficiente de Peltier e o coeficiente de termopotência a estão relacionados pela relação:

p = aЧ T,

onde T é a temperatura absoluta de contato.

O coeficiente Peltier, importante característica técnica dos materiais, via de regra não é medido, mas é calculado a partir do coeficiente de termopotência, cuja medição é mais simples.

Na Fig. 1 e fig. A Figura 2 mostra um circuito fechado composto por dois semicondutores diferentes PP1 e PP2 com contatos A e B.

Liberação de calor Peltier (pino A)

Arroz. 1

Absorção de calor Peltier (pino A)

Arroz. 2

Esse circuito é geralmente chamado de termoelemento e seus ramos são chamados de termoeletrodos. Uma corrente I criada por uma fonte externa e flui através do circuito. Arroz. 1 ilustra a situação quando no contato A (a corrente flui de PP1 para PP2) o calor Peltier é liberado Q P (A)>0, e no contato B (a corrente é direcionada de PP2 para PP1) sua absorção é Q P (B)<0 . В результате происходит изменение температур спаев: Т А >TELEVISÃO .

Na Fig. 2, alterando o sinal da fonte muda o sentido da corrente para o oposto: de PP2 para PP1 no contato A e de PP1 para PP2 no contato B. Assim, o sinal do calor Peltier e a relação entre as temperaturas de contato mudam: Q P (A)<0, Q P (В)>0, TA<Т В .

A razão para a ocorrência do efeito Peltier no contato de semicondutores com o mesmo tipo de portadores de corrente (dois semicondutores tipo n ou dois semicondutores tipo p) é a mesma que no caso de contato de dois condutores metálicos. Portadores de corrente (elétrons ou lacunas) em lados diferentes da junção têm energias médias diferentes, que dependem de vários motivos: espectro de energia, concentração, mecanismo de espalhamento dos portadores de carga. Se os transportadores, tendo passado pela junção, entrarem em uma área com menor energia, eles transferem o excesso de energia para a rede cristalina, como resultado do qual o calor Peltier é liberado próximo ao contato (Q P >0) e a temperatura do contato aumenta. Neste caso, na outra junção, os transportadores, movendo-se para uma região com maior energia, pegam emprestada a energia que falta na rede, e o calor de Peltier é absorvido (Q P<0 ) и понижение температуры.

O efeito Peltier, como todos os fenômenos termoelétricos, é especialmente pronunciado em circuitos compostos de semicondutores eletrônicos (tipo n) e de furo (tipo p). Neste caso, o efeito Peltier tem uma explicação diferente. Consideremos a situação em que a corrente no contato passa de um semicondutor furado para um eletrônico (р ® n). Nesse caso, elétrons e buracos movem-se um em direção ao outro e, ao se encontrarem, recombinam-se. Como resultado da recombinação, é liberada energia, que é liberada na forma de calor. Esta situação é mostrada na Fig. 3, que mostra as bandas de energia (e c - banda de condução, e v - banda de valência) para semicondutores de impureza com furo e condutividade eletrônica.

Liberação de calor Peltier no contato de semicondutores do tipo p e n

Arroz. 3

Na Fig. 4 (e c - banda de condução, e v - banda de valência) ilustra a absorção de calor Peltier para o caso em que a corrente passa de n para p - semicondutor (n ® p).

Absorção de calor Peltier no contato de semicondutores do tipo p e n

Arroz. 4

Aqui, os elétrons em um semicondutor eletrônico e os buracos em um semicondutor vazio se movem em direções opostas, afastando-se da interface. A perda de portadores de corrente na região limite é compensada pela produção aos pares de elétrons e lacunas. A formação de tais pares requer energia, que é fornecida pelas vibrações térmicas dos átomos da rede. Os elétrons e buracos resultantes são atraídos em direções opostas pelo campo elétrico. Portanto, enquanto a corrente flui através do contato, novos pares nascem continuamente. Como resultado, o calor será absorvido pelo contato.

Para que o efeito Peltier seja perceptível no contexto do aquecimento geral associado à liberação de calor Joule-Lenz, a seguinte condição deve ser atendida: S Q P Si Q J . . Como resultado, são obtidas as seguintes relações que devem ser levadas em consideração na realização de experimentos:

.

onde R é a resistência da seção do termoeletrodo de comprimento l na qual o calor é liberado;

r - resistividade elétrica.

O coeficiente Peltier, que determina a quantidade de calor Peltier liberado no contato, depende da natureza das substâncias de contato e da temperatura de contato: p 12 = a 12 · T = (a 1 - a 2 ) · T , onde a 1 e 2 são os coeficientes de termopotência absolutos das substâncias em contato. Se para a maioria dos pares de metais o coeficiente de termopotência é da ordem de 10-5 x 10-4 V/K, então para semicondutores ele pode ser muito maior (até 1,5 x 10-3 V/K). Para semicondutores com diferentes tipos de condutividade, a possui sinais diferentes, como resultado Sa 12 S = Sa 1 S + Sa 2 S.

Deve-se notar que o coeficiente de termopotência depende de forma complexa da composição e da temperatura do semicondutor, enquanto, em comparação com os metais, a dependência da temperatura de a para semicondutores é muito mais pronunciada. O sinal de a é determinado pelo sinal dos portadores de carga. Não existem fórmulas empíricas gerais, muito menos teóricas, que cubram as propriedades termoelétricas dos semicondutores em uma ampla faixa de temperatura. Normalmente, a força termoeletromotriz a de um semicondutor, começando do valor a = 0 em T = 0, aumenta primeiro em proporção a T, depois mais lentamente, muitas vezes permanece constante em uma determinada faixa de temperatura e na região de altas temperaturas ( mais de 500 Kyo 700 K) começa a diminuir de acordo com a lei a~ 1/T.

Outra característica distintiva dos semicondutores é o papel decisivo das impurezas, cuja introdução permite não só alterar muitas vezes o valor, mas também alterar o sinal de a.

Em semicondutores com condutividade mista, as contribuições para a termopotência de buracos e elétrons são opostas, o que leva a pequenos valores de a e p.

No caso particular em que as concentrações (n) e mobilidade (u) de elétrons e lacunas são iguais (ne = np e ue = up), os valores de a e p tornam-se zero:

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

O efeito Peltier, como outros fenômenos termoelétricos, é de natureza fenomenológica.

O efeito Peltier em semicondutores é utilizado para resfriamento e aquecimento termoelétrico, que tem aplicações práticas em controle de temperatura e dispositivos de refrigeração.

O fenômeno Peltier foi descoberto por J. Peltier em 1834.

Características de tempo

Tempo de iniciação (log de -3 a 2);

Tempo de vida (log tc de 15 a 15);

Tempo de degradação (log td de -3 a 2);

Tempo de desenvolvimento ideal (log tk de -2 a 3).

Diagrama:

Implementações técnicas do efeito

Implementação técnica do efeito Peltier em semicondutores

A principal unidade tecnológica de todos os dispositivos termoelétricos de refrigeração é uma bateria termoelétrica composta por termoelementos conectados em série. Como os condutores metálicos têm propriedades termoelétricas fracas, os termoelementos são feitos de semicondutores, e um dos ramos do termoelemento deve consistir em um semicondutor puramente de furo (tipo p) e o outro em um semicondutor puramente eletrônico (tipo n). Se você escolher uma direção de corrente (Fig. 5), na qual o calor Peltier será absorvido nos contatos localizados dentro do refrigerador e liberado para o espaço circundante nos contatos externos, então a temperatura dentro do refrigerador diminuirá e o espaço fora da geladeira esquentará (o que acontece em qualquer modelo de geladeira).

Diagrama esquemático de uma geladeira termoelétrica

Arroz. 5

A principal característica de um dispositivo de resfriamento termoelétrico é sua eficiência de resfriamento:

Z= uma 2 /(rl) ,

onde a é o coeficiente de potência térmica;

r - resistividade;

l é a condutividade térmica do semicondutor.

O parâmetro Z é uma função da temperatura e da concentração do portador de carga, e para cada temperatura dada existe um valor de concentração ideal no qual o valor Z é máximo. A redução máxima de temperatura está relacionada ao valor de eficiência pela expressão:

D T máx = (1/2) Х Z Х T 2,

onde T é a temperatura da junção fria do termoelemento.

Quanto maior o valor de Z para filiais individuais, maior o valor de Z = (a 1 + a 2) 2 /(Tsr 1 l 1 + Tsr 2 l 2) 2, que determina a eficiência. todo o termoelemento. É aconselhável escolher semicondutores com maiores valores de mobilidade e mínima condutividade térmica. A introdução de certas impurezas em um semicondutor é o principal meio disponível para alterar seus parâmetros (a, r, l) na direção desejada.

Dispositivos de resfriamento termoelétricos modernos proporcionam redução de temperatura de +20°C a 200°C; sua capacidade de resfriamento geralmente não ultrapassa 100 W.

Tecnologicamente, hastes feitas de materiais semicondutores com condutividade p e n (1) são montadas em placas condutoras de calor feitas de material isolante (2) usando conectores metálicos (3), conforme mostrado na Fig. 6.

Diagrama do módulo termoelétrico

Arroz. 6

Aplicando um efeito

As principais áreas de utilização prática do efeito Peltier em semicondutores: obtenção de frio para criação de dispositivos termoelétricos de refrigeração, aquecimento para fins de aquecimento, termostato, controle do processo de cristalização em condições de temperatura constante.

O método de resfriamento termoelétrico apresenta diversas vantagens sobre outros métodos de resfriamento. Os dispositivos termoelétricos se distinguem pela facilidade de controle, capacidade de regular a temperatura com precisão, silêncio e alta confiabilidade operacional. A principal desvantagem dos dispositivos termoelétricos é a sua baixa eficiência, o que não permite sua utilização para a produção industrial de “frio”.

Dispositivos de resfriamento termoelétricos são utilizados em refrigeradores domésticos e de transporte, termostatos, para resfriamento e termostatização de elementos termossensíveis de equipamentos radioeletrônicos e ópticos, para controle do processo de cristalização, em dispositivos médicos e biológicos, etc.

Na tecnologia de informática, os dispositivos de resfriamento termoelétricos têm a gíria “coolers” (do inglês cooler - cooler).

Literatura

1. Enciclopédia Física.- M.: Grande Enciclopédia Russa, 1998.- T.5.- P.98-99, 125.

2. Sivukhin S.D. Curso geral de física. - M.: Nauka, 1977. - T.3. Eletricidade.- P.490-494.

3. Stilbans L.S. Física dos semicondutores.- M., 1967. - P.75-83, 292-311.

4. Ioffe A.F. Termoelementos semicondutores - M., 1960.

Palavras-chave

O módulo Peltier pode ser utilizado em 4 esquemas diferentes: como elemento de aquecimento (em incubadoras...), como elemento de resfriamento (em refrigeradores...), para geração de eletricidade (gerador...), e também utilizando o módulo Peltier elemento você pode gerar água. É sobre isso que tratará meu artigo.

Elemento Peltieré um conversor termoelétrico cujo princípio de funcionamento é baseado no efeito Peltier - a ocorrência de uma diferença de temperatura quando uma corrente elétrica flui. Na literatura de língua inglesa, os elementos Peltier são designados TEC (do inglês Thermoelectric Cooler - refrigerador termoelétrico).

O efeito oposto do efeito Peltier é chamado de efeito Seebeck.

Princípio de funcionamento

O funcionamento dos elementos Peltier baseia-se no contato de dois materiais condutores com diferentes níveis de energia eletrônica na banda de condução. Quando a corrente flui através do contato de tais materiais, o elétron deve adquirir energia para se mover para uma banda de condução de energia mais alta de outro semicondutor. Quando esta energia é absorvida, o ponto de contato entre os semicondutores esfria. Quando a corrente flui na direção oposta, o ponto de contato entre os semicondutores aquece, além do efeito térmico usual.

Quando os metais entram em contato, o efeito Peltier é tão pequeno que é imperceptível no contexto dos fenômenos de aquecimento ôhmico e de condutividade térmica. Portanto, em aplicações práticas, é utilizado o contato entre dois semicondutores.

Um elemento Peltier consiste em um ou mais pares de pequenos paralelepípedos semicondutores - um tipo n e um tipo p em um par (geralmente telureto de bismuto, Bi2Te3 e germanito de silício), que são conectados em pares usando pontes metálicas. Os jumpers metálicos servem simultaneamente como contatos térmicos e são isolados com um filme não condutor ou placa cerâmica. Pares de paralelepípedos são conectados de tal forma que se forma uma conexão em série de muitos pares de semicondutores com diferentes tipos de condutividade, de modo que no topo haja uma sequência de conexões (n->p), e na parte inferior oposta ( p->n). A corrente elétrica flui sequencialmente por todos os paralelepípedos. Dependendo da direção da corrente, os contatos superiores são resfriados e os inferiores aquecidos - ou vice-versa. Assim, a corrente elétrica transfere calor de um lado do elemento Peltier para o oposto e cria uma diferença de temperatura.

Se você resfriar o lado de aquecimento do elemento Peltier, por exemplo, usando um radiador e um ventilador, a temperatura do lado frio ficará ainda mais baixa. Em elementos de estágio único, dependendo do tipo de elemento e do valor da corrente, a diferença de temperatura pode chegar a aproximadamente 70 °C.

Vantagens e desvantagens

A vantagem do elemento Peltier é o seu pequeno tamanho, a ausência de partes móveis, bem como gases e líquidos. Ao inverter a direção da corrente, tanto o resfriamento quanto o aquecimento são possíveis - isso torna possível o termostato em temperaturas ambientes acima e abaixo da temperatura do termostato. Outra vantagem é a ausência de peças mecânicas e a ausência de ruídos.

A desvantagem do elemento Peltier é sua menor eficiência do que as unidades de refrigeração com compressor que utilizam freon, o que leva a um alto consumo de energia para atingir uma diferença perceptível de temperatura. Apesar disso, estão em andamento desenvolvimentos para aumentar a eficiência térmica, e os elementos Peltier encontraram ampla aplicação em tecnologia, uma vez que temperaturas abaixo de 0 °C podem ser alcançadas sem quaisquer dispositivos adicionais.

O principal problema na construção de elementos Peltier com alta eficiência é que os elétrons livres em uma substância são simultaneamente portadores de corrente elétrica e de calor. O material para o elemento Peltier deve ter simultaneamente duas propriedades mutuamente exclusivas - conduz bem a corrente elétrica, mas conduz mal o calor.

Nas baterias de células Peltier é possível atingir uma diferença de temperatura teoricamente muito grande, superior a 70 graus Celsius, por isso é melhor utilizar um método de controle de temperatura pulsado, graças ao qual o consumo de energia também pode ser reduzido. Neste caso, é desejável suavizar as ondulações de corrente para prolongar a vida útil do elemento Peltier.

Aplicação de Módulo Termoelétrico: em refrigeradores de água, sistemas de refrigeração de computadores ou microcircuitos de diversos dispositivos de pequeno porte, em geradores elétricos térmicos, refrigeração de placas de vídeo, pontes norte ou sul, refrigeradores de automóveis, refrigeradores de ar, Arduino, para resfriamento de matrizes CCD e fotodetectores infravermelhos, em geradores térmicos elétricos, em termostatos, em instrumentos de laboratório científico, calibradores térmicos, estabilizadores térmicos. Em geral, onde é necessário atingir diferenças de temperatura superiores a 60 graus.

Dimensões da placa Peltier e características de consumo

Dimensões das placas Peltier e características de consumo (consumo de energia, tensão, corrente, diferença máxima de temperatura). As marcações desses geradores termoelétricos podem ser diferentes em locais diferentes, tudo depende do fabricante (por exemplo: TEG1-241-1.4-1.2; CP1.4-127-06L doméstico; TB-127-1.4-1.5 Frost-72 ; SP1848-27145; Termogerador Seebeck TEP1-142T300). As características, por sua vez, não serão muito diferentes, mas alguns indicadores não diferem significativamente.

Qmax	Umax	Imax	dTmax	Dimensões, (mm)
(C)	(EM)	(A)	(saudação)	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

Geladeira USB DIY (Módulo Peltier)

Para construir nosso minigeladeira, precisamos encontrar ou comprar um elemento Peltier (você pode ler o que é e como funciona abaixo) e dois radiadores.

Esse mesmo elemento Peltier, eu arranquei de um computador quebrado, ficou ali entre o processador e o cooler. Limpei a pasta térmica antiga. Em poucas palavras, este elemento Peltier, quando CC é fornecido a ele, começa a funcionar da seguinte forma: um lado dele começa a aquecer e o outro começa a esfriar; se você mudar a polaridade da fonte de energia, os lados do o elemento se comportará de maneira oposta!

Em seguida, tirei dois radiadores enormes de um amplificador desnecessário. Depois lubrifiquei o elemento com pasta térmica nova, que comprei em uma loja de rádios, e prendi o elemento Peltier entre os radiadores. O uso de pasta térmica nesse caso é obrigatório!
Conectei os fios ao elemento por meio de um cabo USB e conectei-o ao computador - um radiador começou a esquentar e o segundo começou a esfriar! Então, está tudo em ordem!

O material que usei para colar a geladeira é semelhante a espuma comprimida ou plástico poroso. Em geral o material pode ser qualquer coisa, sua principal qualidade é o isolamento térmico.
O vidro é orgânico e parece bastante frágil, mas na verdade o material é durável.
Cola - supercola.

Então, por conveniência, fiz um fecho magnético.
Acabou tudo bem - uma garrafa de água mineral caberia facilmente ali.

Gerador - gerando eletricidade usando um elemento Peltier

Prós deste gerador:

— Combustível é qualquer coisa que queime ou aqueça.
— Saída USB 5 Volts, 500mA.
— Não depende do sol, vento, etc.
- Design simples e forte que pode durar para sempre.
— Você pode cozinhar alimentos enquanto o telefone está carregando.
- Versatilidade.
— Qualquer pessoa pode montá-lo em casa em 1 noite (até mesmo um funcionário da AvtoVAZ =)).
- Projeto barato.

Não fui eu que inventei, existem exemplares comerciais muito melhores que os meus. Por exemplo, BioLite CampStove, seu preço é de 7.900 rublos. Minha cópia foi feita às pressas para escrever este artigo e outras experiências.

A base é o elemento Peltier. Este é um módulo termoelétrico utilizado em refrigeradores de água e refrigeradores portáteis, sendo também utilizado para resfriar o processador. Quando a tensão é aplicada a ele, um lado esfria e o outro aquece. Pelo contrário, aqueceremos um lado para gerar eletricidade.

O princípio principal é que um lado aquece e o outro permanece inalterado, para máxima eficiência é necessária uma diferença de temperatura de 100 graus Celsius.

Vamos começar!


Nós vamos precisar:
— Elemento Peltier, usei TEC1-12710
- Fonte de alimentação desnecessária do computador
Qualquer um, mesmo aquele que queimou, e tudo queimou, exceto o corpo
- Regulador de voltagem
Módulo Boost DC-DC, tensão de entrada 1-5 Volts, saída sempre 5V.
— Radiador (quanto maior melhor), de preferência com cooler de 5V, pois O radiador aquecerá gradualmente. No inverno isso não é problema, pois você pode colocar o radiador no gelo.
- Pasta térmica
- Kit de ferramentas

Módulo TEC1-12710, classificado em 10 A (menos ou mais). Mas os mais poderosos serão maiores. Quanto maior a corrente, mais eficiente e caro ele é. Comprei no Aliexpress por cerca de 250 rublos. Em nossas lojas de eletrônicos, custa cerca de 1.500 rublos.

O módulo foi projetado para uma tensão máxima de 12V, mas não produz tanto devido à baixa eficiência quando o utilizamos na direção oposta, ou seja, para receber corrente.

Para que haja 5 volts estáveis ​​e os dispositivos possam ser carregados com segurança, você precisa de um estabilizador elevador. Ele começa a produzir 5 Volts quando ainda resta apenas 1 Volt no elemento Peltier. Você pode saber que está tudo pronto para carregar pelo LED aceso no módulo.


Você pode montar o seu próprio, mas resolvi confiar nos chineses, eles oferecem um módulo pronto com saída USB por 80 rublos. no mesmo site.

Vamos destruir nossa fonte de alimentação. Tive que fazer furos adicionais para melhor circulação de ar (a fonte de alimentação era muito antiga).

O princípio principal é que o ar é sugado por baixo e sai por cima. Simplificando, você precisa fazer um fogão normal. Não se esqueça de providenciar um buraco para jogar lascas de madeira e um suporte para uma panela ou caneca para ferver água, se precisar.


Em seguida, você precisa fixar o módulo Peltier com radiador em uma parede plana, após primeiro aplicar pasta térmica uniformemente. Quanto mais próximo for o contato, melhor. O lado onde está escrito o modelo é frio, é neste lado que aplicamos o radiador. Se você misturar tudo, o módulo não emitirá tensão, neste caso basta trocar os fios.


Soldamos o conversor boost e descobrimos onde escondê-lo. Geralmente você pode deixá-lo pendurado nos fios, mas definitivamente precisa isolá-lo, por exemplo, colocar termorretrátil nele.

Vamos juntar tudo. Isto é o que você deve obter:

Como funciona?

Jogamos galhos, lascas de madeira, em geral, tudo que queima por dentro. Então nós acendemos. O fogo aquece as paredes do recuperador e o elemento Peltier, que se encontra numa destas paredes. O outro lado do elemento, que fica no radiador, permanece à temperatura externa. Quanto maior a diferença de temperatura, maior será a potência, mas não exagere.

A eficiência máxima já é alcançada com uma diferença de 100 graus. Com o tempo, o radiador começa a esquentar e precisará ser resfriado. Você pode jogar neve, derramar água sobre ela, colocar o radiador no gelo ou na água ou colocar uma caneca de água fria sobre ele. São muitas opções, a mais simples é um cooler, vai tirar um pouco da energia, mas devido ao resfriamento o resultado geral não vai mudar.


NÃO exponha o elemento a altas temperaturas, pois pode queimar e queimar. A documentação indica temperatura máxima de 180 °C, mas não se preocupe muito, com uma boa refrigeração e com lenha simples nada acontecerá com ela.

Se você não for preguiçoso e fizer tudo certo, você obterá um picador de madeira simples, no qual poderá aquecer alimentos, ferver, regar e carregar seus aparelhos ao mesmo tempo.

Pode ser usado em casa caso haja queda de energia, colocando uma vela em seu interior. A propósito, se você conectar LEDs a ele, a luz será muito mais brilhante do que a da própria vela.

Em qualquer lugar onde você encontre algo queimando, você terá eletricidade, calor e a capacidade de cozinhar alimentos de maneira conveniente, usando menos combustível do que um fogo.

Primeiros testes!

Depois do trabalho fui para a mata, o sol já estava quase se pondo, o mato estava molhado, mas o fogão rendeu 100%.

O resultado superou todas as minhas expectativas. Imediatamente após a queima das lascas de madeira, o indicador acendeu, conectei o telefone e ele começou a carregar. O carregamento estava estável.

O conversor não esforçou nada. Também levei comigo uma almofada de resfriamento para o laptop, ela tem 2 coolers e LEDs, deve consumir uma quantidade razoável. Eu conectei, tudo gira, brilha e a brisa sopra. Também peguei um ventilador USB e conectei no final, quando só restava carvão. Está tudo girando muito bem, nem sei mais o que tentar.

Resultado:

Tudo funciona muito bem, emite seu gênero Ampere. Mesmo assim, você precisa de um cooler, porque... em meia hora o radiador esquentou até cerca de 40 graus, no verão será ainda mais. Deixe-se girar.

As chamas sobem alto, eu pessoalmente não preciso desse fogo, vou tapar alguns buracos para que queime mais devagar.

Farei tudo novo, tomarei como base um picador de madeira padrão que é feito de lata, mas farei de um metal mais grosso e de formato retangular. Vou comprar um bom radiador com um cooler de formato adequado e tentar fazer uma versão dobrável para que ocupe menos espaço na hora de carregá-lo.

Produzindo água potável usando um módulo Peltier

Refrigeradores Peltier semicondutores

A operação dos modernos componentes eletrônicos de alto desempenho que formam a base dos computadores é acompanhada por uma significativa geração de calor, especialmente quando operados em modos de overclock forçado. O funcionamento eficiente de tais componentes requer meios de refrigeração adequados para garantir as condições de temperatura exigidas para o seu funcionamento. Via de regra, esses meios de manter as condições ideais de temperatura são os refrigeradores, baseados em radiadores e ventiladores tradicionais.

A confiabilidade e o desempenho de tais ferramentas estão melhorando continuamente através de melhorias em seu design, do uso das mais recentes tecnologias e do uso de uma variedade de sensores e controles em sua composição. Isto permite integrar tais ferramentas em sistemas informáticos, proporcionando diagnóstico e gestão do seu funcionamento de forma a obter a maior eficiência e ao mesmo tempo garantindo condições óptimas de temperatura para o funcionamento dos elementos informáticos, o que aumenta a fiabilidade e prolonga o período de sua ausência de problemas. Operação.

Os parâmetros dos coolers tradicionais estão melhorando continuamente, no entanto, recentemente meios específicos de resfriamento de elementos eletrônicos, como refrigeradores Peltier semicondutores, apareceram no mercado de computadores e logo se tornaram populares (embora a palavra cooler seja frequentemente usada, o termo correto no caso de Peltier elementos é precisamente geladeira).

Os refrigeradores Peltier, contendo módulos termoelétricos semicondutores especiais, cujo funcionamento é baseado no efeito Peltier, descoberto em 1834, são dispositivos de refrigeração extremamente promissores. Tais ferramentas têm sido utilizadas com sucesso há muitos anos em vários campos da ciência e tecnologia.

Nas décadas de sessenta e setenta, a indústria nacional fez repetidas tentativas de produzir refrigeradores domésticos de pequeno porte, cujo funcionamento se baseava no efeito Peltier. Porém, a imperfeição das tecnologias existentes, os baixos valores de eficiência e os preços elevados não permitiram que tais dispositivos saíssem dos laboratórios de pesquisa e bancadas de testes daquela época.

Mas o efeito Peltier e os módulos termoelétricos não são domínio exclusivo dos cientistas. No processo de melhoria da tecnologia, muitos fenômenos negativos foram significativamente mitigados. Esses esforços resultaram em módulos semicondutores altamente eficientes e confiáveis.

Nos últimos anos, esses módulos, cujo funcionamento é baseado no efeito Peltier, têm sido ativamente utilizados para resfriar diversos componentes eletrônicos de computadores. Em particular, eles começaram a ser usados ​​​​para resfriar processadores modernos e potentes, cujo funcionamento é acompanhado por um alto nível de geração de calor.

Graças às suas propriedades térmicas e operacionais únicas, os dispositivos criados com base em módulos termoelétricos – módulos Peltier – permitem atingir o nível necessário de resfriamento dos elementos do computador sem quaisquer dificuldades técnicas especiais ou custos financeiros. Como resfriadores para componentes eletrônicos, esses meios de manter as condições de temperatura exigidas para o seu funcionamento são extremamente promissores. Eles são compactos, convenientes, confiáveis ​​e possuem eficiência operacional muito alta.

Os refrigeradores semicondutores são de particular interesse como meio de fornecer resfriamento intensivo em sistemas de computador, cujos elementos são instalados e operados em modos forçados severos. A utilização de tais modos de overclock muitas vezes proporciona um aumento significativo no desempenho dos componentes eletrônicos utilizados e, conseqüentemente, via de regra, de todo o sistema do computador. No entanto, a operação de componentes de computador em tais modos é caracterizada por uma geração significativa de calor e muitas vezes está no limite das capacidades das arquiteturas de computadores, bem como das tecnologias microeletrônicas existentes e utilizadas. Esses componentes de computador, cuja operação é acompanhada por alta geração de calor, não são apenas processadores de alto desempenho, mas também elementos de modernos adaptadores de vídeo de alto desempenho e, em alguns casos, chips de módulos de memória. Esses elementos poderosos requerem resfriamento intensivo para seu correto funcionamento, mesmo nos modos normais e ainda mais nos modos de overclock.

Módulos Peltier

Os refrigeradores Peltier utilizam um refrigerador termoelétrico convencional, cujo funcionamento é baseado no efeito Peltier. Este efeito leva o nome do relojoeiro francês Peltier (1785-1845), que fez sua descoberta há mais de um século e meio - em 1834.

O próprio Peltier não entendeu bem a essência do fenômeno que descobriu. O verdadeiro significado do fenômeno foi estabelecido alguns anos depois, em 1838, por Lenz (1804-1865).

Lenz colocou uma gota d'água no recesso na junção de duas hastes de bismuto e antimônio. Quando uma corrente elétrica passou em uma direção, uma gota de água congelou. Quando a corrente passou na direção oposta, o gelo resultante derreteu. Assim, foi estabelecido que quando uma corrente elétrica passa pelo contato de dois condutores, dependendo da direção destes, além do calor Joule, é liberado ou absorvido calor adicional, denominado calor Peltier. Este fenômeno é denominado fenômeno Peltier (efeito Peltier). Assim, é o inverso do fenômeno Seebeck.

Se em um circuito fechado composto por vários metais ou semicondutores as temperaturas nos pontos de contato dos metais ou semicondutores forem diferentes, então aparece uma corrente elétrica no circuito. Este fenômeno da corrente termoelétrica foi descoberto em 1821 pelo físico alemão Seebeck (1770-1831).

Ao contrário do calor de Joule-Lenz, que é proporcional ao quadrado da intensidade da corrente (Q=R·I·I·t), o calor de Peltier é proporcional à primeira potência da intensidade da corrente e muda de sinal quando a direção da corrente últimas alterações. O calor Peltier, como mostraram estudos experimentais, pode ser expresso pela fórmula:

Qп = П·q

onde q é a quantidade de eletricidade passada (q=I·t), P é o chamado coeficiente de Peltier, cujo valor depende da natureza dos materiais em contato e de sua temperatura.

O calor Peltier Qp é considerado positivo se for liberado e negativo se for absorvido.

Arroz. 1. Esquema do experimento para medição de calor Peltier, Cu - cobre, Bi - bismuto.

No diagrama apresentado do experimento de medição do calor Peltier, com a mesma resistência dos fios R (Cu+Bi) baixados nos calorímetros, o mesmo calor Joule será liberado em cada calorímetro, ou seja, de acordo com Q=R·I· Isto. O calor Peltier, ao contrário, será positivo em um calorímetro e negativo no outro. De acordo com este esquema, é possível medir o calor Peltier e calcular os valores dos coeficientes Peltier para diferentes pares de condutores.

Deve-se notar que o coeficiente Peltier depende significativamente da temperatura. Alguns valores do coeficiente Peltier para vários pares de metais são apresentados na tabela.

Valores do coeficiente Peltier para vários pares de metais
Ferro-constantano		Níquel de cobre		Chumbo-constantano
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

O coeficiente Peltier, que é uma importante característica técnica dos materiais, geralmente não é medido, mas é calculado através do coeficiente Thomson:

P = umT

onde P é o coeficiente de Peltier, a é o coeficiente de Thomson, T é a temperatura absoluta.

A descoberta do efeito Peltier teve uma grande influência no desenvolvimento subsequente da física e, posteriormente, em vários campos da tecnologia.

Assim, a essência do efeito aberto é a seguinte: quando uma corrente elétrica passa pelo contato de dois condutores feitos de materiais diferentes, dependendo de sua direção, além do calor Joule, é liberado ou absorvido calor adicional, que é chamado Peltier aquecer. O grau de manifestação deste efeito depende em grande parte dos materiais dos condutores selecionados e dos modos elétricos utilizados.

A teoria clássica explica o fenômeno Peltier pelo fato de que os elétrons transferidos por corrente de um metal para outro são acelerados ou desacelerados pela diferença de potencial de contato interno entre os metais. No primeiro caso, a energia cinética dos elétrons aumenta e é então liberada na forma de calor. No segundo caso, a energia cinética dos elétrons diminui, e essa perda de energia é reposta devido às vibrações térmicas dos átomos do segundo condutor. Como resultado, ocorre o resfriamento. Uma teoria mais completa leva em conta não a variação da energia potencial quando um elétron é transferido de um metal para outro, mas a variação da energia total.

O efeito Peltier é mais fortemente observado quando semicondutores do tipo p e n são usados. Dependendo da direção da corrente elétrica através do contato de semicondutores de diferentes tipos - junções p-n- e n-p, devido à interação de cargas representadas por elétrons (n) e buracos (p), e sua recombinação, a energia é absorvida ou liberado. Como resultado dessas interações e dos processos energéticos gerados, o calor é absorvido ou liberado. O uso de semicondutores do tipo p e n em refrigeradores termoelétricos é ilustrado na Fig. 2.

Arroz. 2. Uso de semicondutores do tipo p e n em refrigeradores termoelétricos.

A combinação de um grande número de pares de semicondutores do tipo p e n torna possível criar elementos de resfriamento - módulos Peltier de potência relativamente alta. A estrutura de um módulo Peltier termoelétrico semicondutor é mostrada na Fig. 3.

Arroz. 3. Estrutura do módulo Peltier

O módulo Peltier é um refrigerador termoelétrico que consiste em semicondutores do tipo p e n conectados em série, formando junções pn e np. Cada uma dessas junções tem contato térmico com um dos dois radiadores. Como resultado da passagem de uma corrente elétrica de determinada polaridade, forma-se uma diferença de temperatura entre os radiadores do módulo Peltier: um radiador funciona como uma geladeira, o outro radiador aquece e serve para retirar o calor. Na Fig. A Figura 4 mostra a aparência de um módulo Peltier típico.

Arroz. 4. Aparência do módulo Peltier

Um módulo típico fornece uma diferença significativa de temperatura de várias dezenas de graus. Com o resfriamento forçado adequado do radiador de aquecimento, o segundo radiador - o refrigerador - permite atingir temperaturas negativas. Para aumentar a diferença de temperatura, é possível ligar em cascata os módulos termoelétricos Peltier, garantindo ao mesmo tempo um resfriamento adequado. Isto permite, por meios relativamente simples, obter uma diferença de temperatura significativa e garantir um arrefecimento eficaz dos elementos protegidos. Na Fig. A Figura 5 mostra um exemplo de conexão em cascata de módulos Peltier padrão.

Arroz. 5. Exemplo de conexão em cascata de módulos Peltier

Os dispositivos de resfriamento baseados em módulos Peltier são frequentemente chamados de refrigeradores Peltier ativos ou simplesmente refrigeradores Peltier.

O uso de módulos Peltier em coolers ativos os torna significativamente mais eficientes em comparação com tipos padrão de coolers baseados em radiadores e ventiladores tradicionais. Porém, no processo de projeto e utilização de coolers com módulos Peltier, é necessário levar em consideração uma série de características específicas decorrentes do projeto dos módulos, seu princípio de funcionamento, a arquitetura do hardware de computador moderno e a funcionalidade do sistema e software aplicativo.

De grande importância é a potência do módulo Peltier, que, via de regra, depende do seu tamanho. Um módulo de baixa potência não fornece o nível de resfriamento necessário, o que pode levar ao mau funcionamento do elemento eletrônico protegido, por exemplo, um processador, devido ao seu superaquecimento. Porém, o uso de módulos com muita potência pode fazer com que a temperatura do radiador de resfriamento caia ao nível de condensação de umidade do ar, o que é perigoso para os circuitos eletrônicos. Isso ocorre porque a água produzida continuamente através da condensação pode causar curtos-circuitos nos circuitos eletrônicos do computador. É apropriado lembrar aqui que a distância entre os condutores que transportam corrente nas placas de circuito impresso modernas é frequentemente de frações de milímetros. No entanto, apesar de tudo, foram os poderosos módulos Peltier como parte de coolers de alto desempenho e os correspondentes sistemas adicionais de refrigeração e ventilação que permitiram à KryoTech e à AMD, em pesquisa conjunta, fazer overclock de processadores AMD criados com tecnologia tradicional para frequências superiores a 1 GHz, ou seja, aumentam sua frequência de operação em quase 2 vezes em relação ao seu modo normal de operação. E deve-se enfatizar que este nível de desempenho foi alcançado garantindo a necessária estabilidade e confiabilidade da operação do processador em modos forçados. Bem, o resultado desse overclock extremo foi um recorde de desempenho entre processadores com arquitetura e sistema de instruções 80x86. E a empresa KryoTech ganhou um bom dinheiro ao colocar no mercado suas unidades de refrigeração. Equipados com componentes eletrônicos apropriados, eles acabaram sendo procurados como plataformas para servidores e estações de trabalho de alto desempenho. E a AMD recebeu a confirmação do alto nível de seus produtos e rico material experimental para melhorar ainda mais a arquitetura de seus processadores. Aliás, estudos semelhantes foram realizados com processadores Intel Celeron, Pentium II, Pentium III, com os quais também foi obtido um aumento significativo de desempenho.

Deve-se notar que os módulos Peltier emitem uma quantidade relativamente grande de calor durante sua operação. Por esse motivo, você deve usar não apenas uma ventoinha potente como parte do cooler, mas também medidas para reduzir a temperatura dentro do gabinete do computador para evitar o superaquecimento de outros componentes do computador. Para isso, é aconselhável utilizar ventoinhas adicionais no gabinete do computador para garantir melhor troca de calor com o ambiente externo ao gabinete.

Na Fig. A Figura 6 mostra a aparência de um cooler ativo, que utiliza um módulo semicondutor Peltier.

Arroz. 6. Aparência de um cooler com módulo Peltier

Deve-se notar que os sistemas de refrigeração baseados em módulos Peltier não são utilizados apenas em sistemas eletrônicos como computadores. Esses módulos são usados ​​para resfriar vários dispositivos de alta precisão. Os módulos Peltier são de grande importância para a ciência. Em primeiro lugar, isto se aplica à pesquisa experimental realizada em física, química e biologia.

Informações sobre módulos e refrigeradores Peltier, bem como as características e resultados de sua utilização, podem ser encontradas em sites da Internet, por exemplo, nos seguintes endereços:

Características de operação

Os módulos Peltier, utilizados como componentes para resfriamento de componentes eletrônicos, são caracterizados por uma confiabilidade relativamente alta e, diferentemente dos refrigeradores criados com tecnologia tradicional, não possuem partes móveis. E, conforme observado acima, para aumentar a eficiência de seu funcionamento, permitem o uso em cascata, o que permite levar a temperatura das carcaças dos elementos eletrônicos protegidos a valores negativos, mesmo com seu significativo poder de dissipação.

No entanto, além das vantagens óbvias, os módulos Peltier também possuem uma série de propriedades e características específicas que devem ser levadas em consideração ao utilizá-los como parte de refrigerantes. Alguns deles já foram observados, mas para a correta aplicação dos módulos Peltier requerem uma consideração mais detalhada. As características mais importantes incluem os seguintes recursos operacionais:

• Os módulos Peltier, que geram grande quantidade de calor durante sua operação, requerem a presença de radiadores e ventiladores apropriados no cooler que possam remover efetivamente o excesso de calor dos módulos de resfriamento. Deve-se notar que os módulos termoelétricos são caracterizados por um coeficiente de desempenho (eficiência) relativamente baixo e, desempenhando as funções de uma bomba de calor, eles próprios são poderosas fontes de calor. A utilização destes módulos como parte de meios de refrigeração para componentes eletrônicos de computador causa um aumento significativo na temperatura dentro da unidade do sistema, o que muitas vezes requer medidas e meios adicionais para reduzir a temperatura dentro do gabinete do computador. Caso contrário, o aumento da temperatura no interior da caixa cria dificuldades operacionais não só para os elementos protegidos e seus sistemas de refrigeração, mas também para o resto dos componentes do computador. Também deve ser enfatizado que os módulos Peltier são uma carga adicional relativamente poderosa para a fonte de alimentação. Levando em consideração o consumo de corrente dos módulos Peltier, a potência da fonte de alimentação do computador deve ser de no mínimo 250 W. Tudo isso leva à conveniência de escolher placas-mãe e gabinetes ATX com fontes de alimentação com potência suficiente. O uso deste design torna mais fácil para os componentes do computador organizarem condições térmicas e elétricas ideais. Deve-se destacar que existem refrigeradores Peltier com fonte de alimentação própria.
• O módulo Peltier, em caso de falha, isola o elemento resfriado do radiador do resfriador. Isto leva a uma violação muito rápida do regime térmico do elemento protegido e à sua rápida falha devido ao superaquecimento subsequente.
• As baixas temperaturas que ocorrem durante a operação dos refrigeradores Peltier com excesso de potência contribuem para a condensação da umidade do ar. Isto representa um risco para os componentes eletrônicos, pois a condensação pode causar curto-circuitos entre os componentes. Para eliminar este perigo, é aconselhável utilizar refrigeradores Peltier com potência ideal. A ocorrência ou não de condensação depende de vários parâmetros. Os mais importantes são: a temperatura ambiente (neste caso, a temperatura do ar dentro da caixa), a temperatura do objeto resfriado e a umidade do ar. Quanto mais quente o ar dentro do gabinete e quanto maior a umidade, maior a probabilidade de ocorrer condensação de umidade e subsequente falha dos componentes eletrônicos do computador. Abaixo está uma tabela que ilustra a dependência da temperatura de condensação da umidade em um objeto resfriado dependendo da umidade e da temperatura ambiente. Usando esta tabela, você pode determinar facilmente se há risco de condensação ou não. Por exemplo, se a temperatura externa for 25°C e a umidade for 65%, então a condensação de umidade no objeto resfriado ocorre quando a temperatura da superfície está abaixo de 18°C.

Temperatura de condensação de umidade

Umidade, %
Temperatura ambiente, °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

Além desses recursos, é necessário levar em consideração uma série de circunstâncias específicas associadas ao uso de módulos termoelétricos Peltier como parte de coolers usados ​​para resfriar processadores centrais de alto desempenho de computadores potentes.

A arquitetura dos processadores modernos e alguns programas de sistema permitem mudanças no consumo de energia dependendo da carga dos processadores. Isso permite otimizar o consumo de energia. Aliás, isso também está previsto nos padrões de economia de energia, apoiados por algumas funções integradas ao hardware e software dos computadores modernos. Em condições normais, otimizar a operação do processador e seu consumo de energia tem um efeito benéfico tanto no regime térmico do próprio processador quanto no equilíbrio térmico geral. No entanto, deve-se observar que modos com alterações periódicas no consumo de energia podem não ser compatíveis com meios de resfriamento para processadores que utilizam módulos Peltier. Isto se deve ao fato de que os refrigeradores Peltier existentes são geralmente projetados para operação contínua. Nesse sentido, os refrigeradores Peltier mais simples que não possuem meios de controle não são recomendados para uso em conjunto com programas de refrigeração, como, por exemplo, CpuIdle, bem como com sistemas operacionais Windows NT/2000 ou Linux.

Se o processador mudar para um modo de consumo de energia reduzido e, consequentemente, dissipação de calor, é possível uma diminuição significativa na temperatura do gabinete e do cristal do processador. O resfriamento excessivo do núcleo do processador pode causar, em alguns casos, a interrupção temporária de sua operação e, como resultado, o congelamento permanente do computador. Deve-se lembrar que, de acordo com a documentação da Intel, a temperatura mínima na qual é garantido o correto funcionamento dos processadores seriais Pentium II e Pentium III é normalmente de +5 °C, embora, como mostra a prática, eles funcionem bem em temperaturas mais baixas.

Alguns problemas também podem surgir como resultado da operação de uma série de funções integradas, por exemplo, aquelas que controlam as ventoinhas do cooler. Em particular, os modos de gerenciamento de energia do processador em alguns sistemas de computador envolvem a alteração da velocidade dos ventiladores de resfriamento por meio do hardware integrado da placa-mãe. Em condições normais, isto melhora significativamente o desempenho térmico do processador do computador. Porém, no caso de utilização dos refrigeradores Peltier mais simples, a diminuição da velocidade de rotação pode levar a uma deterioração do regime térmico com resultado fatal para o processador devido ao seu superaquecimento pelo módulo Peltier operacional, que, além de realizar as funções de uma bomba de calor, é uma poderosa fonte de calor adicional.

Deve-se notar que, como no caso dos processadores centrais de computadores, os refrigeradores Peltier podem ser uma boa alternativa aos meios tradicionais de resfriamento de chipsets de vídeo usados ​​​​em modernos adaptadores de vídeo de alto desempenho. A operação de tais chipsets de vídeo é acompanhada por uma geração significativa de calor e geralmente não está sujeita a mudanças repentinas em seus modos de operação.

Para eliminar problemas com modos de consumo de energia variável que causam condensação de umidade do ar e possível hipotermia e, em alguns casos, até mesmo superaquecimento de elementos protegidos, como processadores de computador, você deve evitar o uso de tais modos e de uma série de funções integradas. Entretanto, como alternativa, podem ser utilizados sistemas de refrigeração que forneçam controles inteligentes para refrigeradores Peltier. Essas ferramentas podem controlar não apenas o funcionamento dos ventiladores, mas também alterar os modos de operação dos próprios módulos termoelétricos utilizados como parte dos resfriadores ativos.

Houve relatos de experimentos sobre a incorporação de módulos Peltier em miniatura diretamente em chips de processador para resfriar suas estruturas mais críticas. Esta solução promove melhor resfriamento ao reduzir a resistência térmica e pode aumentar significativamente a frequência operacional e o desempenho dos processadores.

Muitos laboratórios de investigação estão a realizar trabalhos para melhorar os sistemas que garantam condições óptimas de temperatura para os elementos electrónicos. E os sistemas de refrigeração que utilizam módulos termoelétricos Peltier são considerados extremamente promissores.

Exemplos de refrigeradores Peltier

Há relativamente pouco tempo, módulos Peltier produzidos internamente apareceram no mercado de computadores. São dispositivos simples, confiáveis ​​e relativamente baratos (US$ 7 a US$ 15). Normalmente, um ventilador de resfriamento não está incluído. No entanto, tais módulos permitem não apenas conhecer meios de resfriamento promissores, mas também utilizá-los para a finalidade pretendida em sistemas de proteção de componentes de computador. Aqui estão breves parâmetros de uma das amostras.

Tamanho do módulo (Fig. 7) - 40x40 mm, corrente máxima - 6 A, tensão máxima - 15 V, consumo de energia - até 85 W, diferença de temperatura - mais de 60 °C. Ao fornecer um ventilador potente, o módulo é capaz de proteger o processador com uma dissipação de energia de até 40 W.

Arroz. 7. Aparência do refrigerador PAP2X3B

Existem versões menos potentes e mais potentes de módulos Peltier domésticos no mercado.

A gama de dispositivos estrangeiros é muito mais ampla. Abaixo estão exemplos de refrigeradores em cujo projeto são utilizados módulos termoelétricos Peltier.

Geladeiras Peltier ativas da Computernerd

Nome	Fornecedor fabricante	Parâmetros do ventilador	CPU
PAX56B	nerd da informática	rolamento de esferas	Pentium/MMX até 200 MHz, 25 W
PA6EXB	nerd da informática	rolamento de esferas duplo, tacômetro	Pentium MMX até 40 W
DT-P54A	Soluções DesTech	rolamento de esferas duplo	Pentium
AC-P2	Resfriador AOC	rolamento de esferas	Pentium II
PAP2X3B	nerd da informática	3 rolamentos de esferas	Pentium II
PASSO-UP-53X2	Termodinâmica de etapas	2 rolamentos de esferas	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	nerd da informática	3 rolamentos de esferas, tacômetro	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier	nerd da informática	3 rolamentos de esferas, tacômetro	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier	nerd da informática	3 rolamentos de esferas, tacômetro	Pentium II, Celeron

O refrigerador PAX56B foi projetado para resfriar processadores Pentium e Pentium-MMX da Intel, Cyrix e AMD operando em frequências de até 200 MHz. Um módulo termoelétrico de 30x30 mm permite que o refrigerador mantenha a temperatura do processador abaixo de 63 °C com dissipação de potência de 25 W e temperatura externa de 25 °C. Devido ao fato de a maioria dos processadores dissipar menos energia, este cooler permite manter a temperatura do processador muito mais baixa do que muitos coolers alternativos baseados em radiadores e ventoinhas. O módulo Peltier do refrigerador PAX56B é alimentado por uma fonte de 5V capaz de fornecer no máximo 1,5A. O ventilador deste refrigerador requer tensão de 12 V e corrente de 0,1 A (máximo). Parâmetros do ventilador do refrigerador PAX56B: rolamento de esferas, 47,5 mm, 65.000 horas, 26 dB. O tamanho total deste refrigerador é 25x25x28,7 mm. O preço estimado do refrigerador PAX56B é de US$ 35. O preço indicado é dado de acordo com a tabela de preços da empresa para meados de 2000.

O refrigerador PA6EXB foi projetado para resfriar processadores Pentium-MMX mais potentes que dissipam potência de até 40 W. Este refrigerador é adequado para todos os processadores Intel, Cyrix e AMD, conectados via Socket 5 ou Socket 7. O módulo termoelétrico Peltier incluído no refrigerador PA6EXB tem tamanho de 40x40 mm e consome corrente máxima de 8 A (geralmente 3 A) a uma tensão de 5 V com conexão através de um conector de alimentação de computador padrão. O tamanho total do refrigerador PA6EXB é 60x60x52,5 mm. Ao instalar este refrigerador, para uma boa troca de calor entre o radiador e o ambiente, é necessário prever um espaço aberto ao redor do refrigerador de pelo menos 10 mm na parte superior e 2,5 mm nas laterais. O refrigerador PA6EXB fornece uma temperatura de processador de 62,7 °C com uma dissipação de energia de 40 W e uma temperatura externa de 45 °C. Considerando o princípio de funcionamento do módulo termoelétrico incluído neste refrigerador, para evitar condensação de umidade e curtos-circuitos, é necessário evitar o uso de programas que coloquem o processador em modo sleep por muito tempo. O preço aproximado desse refrigerador é de US$ 65. O preço indicado é dado de acordo com a tabela de preços da empresa para meados de 2000.

O refrigerador DT-P54A (também conhecido como PA5B da Computernerd) foi projetado para processadores Pentium. No entanto, algumas empresas que oferecem esses refrigeradores no mercado também os recomendam para usuários de Cyrix/IBM 6x86 e AMD K6. O radiador incluído na geladeira é bem pequeno. Suas dimensões são 29x29 mm. O refrigerador possui um sensor de temperatura embutido que irá notificá-lo sobre superaquecimento, se necessário. Também controla o elemento Peltier. O kit inclui um dispositivo de monitoramento externo. Desempenha as funções de monitorar a tensão e o funcionamento do próprio elemento Peltier, o funcionamento do ventilador, bem como a temperatura do processador. O dispositivo irá gerar um alarme se o elemento Peltier ou a ventoinha falhar, se a ventoinha estiver girando a menos de 70% da velocidade necessária (4.500 RPM) ou se a temperatura do processador subir acima de 145°F (63°C). Se a temperatura do processador subir acima de 38°C (100°F), o elemento Peltier será ligado automaticamente, caso contrário, ele estará no modo de desligamento. A última função elimina problemas associados à condensação de umidade. Infelizmente, o próprio elemento está tão firmemente colado ao radiador que é impossível separá-lo sem destruir sua estrutura. Isso impossibilita sua instalação em outro radiador mais potente. Quanto ao ventilador, seu design é caracterizado por um alto nível de confiabilidade e possui parâmetros elevados: tensão de alimentação - 12 V, velocidade de rotação - 4500 RPM, velocidade de alimentação de ar - 6,0 CFM, consumo de energia - 1 W, características de ruído - 30 dB. Este refrigerador é bastante eficiente e útil para overclock. Porém, em alguns casos de overclock de um processador, você deve simplesmente usar um radiador grande e um bom cooler. Este refrigerador custa entre US$ 39 e US$ 49. O preço indicado é dado de acordo com a tabela de preços de diversas empresas em meados de 2000.

O refrigerador AC-P2 foi projetado para processadores Pentium II. O kit inclui um cooler de 60 mm, um radiador e um elemento Peltier de 40 mm. Não é adequado para processadores Pentium II de 400 MHz e superiores, pois os chips de memória SRAM praticamente não são resfriados. O preço estimado para meados de 2000 é de US$ 59.

O refrigerador PAP2X3B (Fig. 8) é semelhante ao AOC AC-P2. Dois coolers de 60 mm são adicionados a ele. Os problemas com o resfriamento da memória SRAM permanecem sem solução. Vale ressaltar que o refrigerador não é recomendado para uso em conjunto com programas de refrigeração, como, por exemplo, CpuIdle, bem como em sistemas operacionais Windows NT ou Linux, pois é provável a condensação de umidade no processador. O preço estimado para meados de 2000 é de US$ 79.

Arroz. 8. Aparência do refrigerador PAP2X3B

O refrigerador STEP-UP-53X2 está equipado com dois ventiladores que bombeiam uma grande quantidade de ar através do radiador. Preço estimado para meados de 2000: US$ 79 (Pentium II), US$ 69 (Celeron).

Os refrigeradores da série Bcool da Computernerd (PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier, PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier, PAP2CX3B-10S, BCool-EST PC-Peltier) são projetados para processadores Pentium II e Celeron e possuem características semelhantes às apresentadas na tabela a seguir.

Frigoríficos da série BCol

Item		PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier							PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier
Processadores recomendados		Pentium II e Celeron
Número de fãs		3
Tipo de ventilador central		Rolamento de esferas, tacômetro (12 V, 120 mA)
Tamanho do ventilador central		60x60x10mm
Tipo de ventilador externo		Rolamento de esferas	Rolamento de esferas, tacômetro							Rolamento de esferas, termistor
Tamanho do ventilador externo		60x60x10mm	60x60x25mm
Tensão, corrente		12 V, 90 mA	12 V, 130 mA							12 V, 80-225 mA
Área total de cobertura do ventilador		84,9cm2
Corrente total para ventiladores (potência)		300 mA (3,6 W)	380 mA (4,56W)							280-570 mA (3,36-6,84W)
Número de pinos no dissipador de calor (centro)		63 longos e 72 curtos
Número de pinos no dissipador de calor (cada borda)		45 longos e 18 curtos
Número total de pinos no dissipador de calor		153 longos e 108 curtos
Dimensões do radiador (centro)		57x59x27 mm (incluindo módulo termoelétrico)
Dimensões do radiador (cada borda)		41x59x32mm
Dimensões gerais do radiador		145x59x38 mm (incluindo módulo termoelétrico)
Dimensões gerais da geladeira		145x60x50mm	145x60x65mm
Peso da geladeira		357 gramas	416 gramas							422 gramas
Garantia		5 anos
Preço estimado (2000)		$74.95	$79.95							$84.95

Ressalta-se que o grupo de refrigeradores BCool também incluirá aparelhos que possuem características semelhantes, mas não possuem elementos Peltier. Esses refrigeradores são naturalmente mais baratos, mas também menos eficazes como meio de resfriar componentes de computador.

Na elaboração deste artigo foram utilizados materiais do livro “PC: Configurações, Otimização e Overclocking”. 2ª ed., revisada. e adicional, - São Petersburgo: BHV - Petersburgo. 2000. - 336 p.