Ce este un element Peltier, structura lui, principiul de funcționare și aplicarea practică. Începe în știință Lucrează pe principiul efectului Peltier

Textul lucrării este postat fără imagini și formule.
Versiunea completă a lucrării este disponibilă în fila „Fișiere de lucru” în format PDF

Introducere

Efectul Peltier este un fenomen termoelectric în care căldura este eliberată sau absorbită atunci când un curent electric trece în punctul de contact (joncțiune) a doi conductori diferiți.

Efectul Seebeck este fenomenul de apariție a EMF într-un circuit electric închis format din conductori diferiți conectați în serie, contactele dintre care sunt la temperaturi diferite.

Ambele efecte au fost descoperite în secolul al XIX-lea: J. Peltier în 1834, esența fenomenului a fost explorată câțiva ani mai târziu - în 1838 de către Lenz, care a condus un experiment în care a pus o picătură de apă într-o adâncitură de la joncțiunea a două tije de bismut și antimoniu. T. I. Seebeck a descoperit efectul aceluiași nume în 1821. În 1822, a publicat rezultatele experimentelor sale în articolul „Despre problema polarizării magnetice a anumitor metale și minereuri care apar în condițiile diferențelor de temperatură”, publicat în rapoarte. al Academiei Prusace de Științe

M-a interesat acest subiect pentru că elementele inventate în secolul al XIX-lea sunt încă folosite efectiv în dispozitivele moderne. În ciuda faptului că în fiecare caz specific este selectat un element cu parametrii necesari, teoria și sursele indică faptul că elementele sunt interschimbabile. Dacă acest lucru este adevărat sau nu, intenționăm să verificăm în studiul nostru.

Formularea problemei:

Ambele efecte (efectul Peltier și efectul Seebeck) sunt utilizate pe scară largă în tehnologia modernă, iar principiul de funcționare al elementelor create pe baza lor poate fi înțeles ca parte a unui curs de fizică școlară. Între timp, aceste efecte nu sunt menționate la cursul de fizică școlară. Această lucrare, pe lângă semnificația sa aplicată, are și un aspect metodologic important asociat cu includerea unei descrieri a diferitelor realizări științifice în cursul școlar.

Ipoteza cercetării: Există diferențe atunci când se utilizează efectele Peltier și Seebeck directe și inverse.

Scopul studiului: identificarea trăsăturilor distinctive ale efectului Peltier și ale efectului Seebeck atunci când sunt utilizate în direcțiile înainte și înapoi.

Obiectivele cercetării:

Studiați istoria descoperirii efectului Peltier și a efectului Seebeck.

Pentru a studia caracteristicile efectului Peltier direct și invers, efectul Seebeck direct și invers.

Creați o configurație pentru efectuarea experimentului.

Efectuați o serie de experimente pentru a testa ipoteza.

Analizați rezultatele experimentului și trageți o concluzie dacă ipoteza a fost confirmată sau nu.

Obiectul de studiu: Element Peltier și element Seebeck.

Subiect de studiu: caracteristici ale efectului direct și invers al efectului Peltier și ale efectului Seebeck direct și invers.

Metode de cercetare

În studiu au fost utilizate următoarele metode:

1. Teoretic:

Analiza surselor de informații privind istoria descoperirii efectelor Peltier și Seebeck luate în considerare în lucrare,

Analiza informațiilor despre principiul de funcționare a elementelor Peltier și Seebeck,

Analiza datelor experimentale obtinute.

Inducția incompletă: formularea unei concluzii pe baza unor date care nu acoperă toate aspectele și posibilele combinații de caracteristici ale obiectelor studiate.

2. Empiric:

Efectuarea unei serii de experimente pentru a testa o ipoteză.

Această cercetare este aplicată. Rezultatele studiului vor oferi un răspuns cu privire la eficacitatea interschimbabilității elementelor Peltier și Seebeck.

Analiza sursei

Când descriu efectele studiate, toate sursele menționează că există „efectul Peltier și efectul său invers, așa-numitul efect Seebeck”, în timp ce efectul invers Seebeck nu este menționat. În această lucrare, pe lângă descoperirea efectelor Peltier directe și inverse și compararea efectului Peltier invers cu efectul Seebeck direct, vom testa existența efectului Seebeck invers.

Relevanța problemei studiate este indicată de atenția pe care manualele străine o acordă studiului acestor efecte. Acestea oferă nu numai o descriere a efectelor luate în considerare, ci și o explicație a acestora și vorbesc și despre aplicarea lor.

Site-ul web al producătorului rus de echipamente educaționale, 3B Scientific LLC, oferă o instalație de laborator „Efect Seebeck” în valoare de 229.873,00 RUB. , la care se atașează o dezvoltare metodologică. După ce l-am studiat, am ajuns la concluzia că un astfel de experiment poate fi realizat pe echipamente care nu necesită costuri atât de mari.

Partea principală efect Pelte

Efectul Peltier este un fenomen termoelectric de transfer de energie în timpul trecerii curentului electric în punctul de contact (joncțiune) a doi conductori diferiți, de la un conductor la altul. Este, de asemenea, efectul invers al efectului Seebeck, dar își poate îndeplini și funcțiile.

Când o parte este încălzită și cealaltă parte este răcită, acest element poate produce energie electrică. Și, de asemenea, acest element are efectul opus, adică atunci când acest element este conectat la electricitate, o parte se va răci, iar cealaltă se va încălzi.

Motivul fenomenului Peltier este următorul. La contactul a două substanțe există o diferență de potențial de contact, care creează un câmp de contact intern. Dacă un curent electric trece printr-un contact, atunci acest câmp fie va facilita trecerea curentului, fie îl va împiedica. Dacă curentul curge împotriva câmpului de contact, atunci sursa externă trebuie să cheltuiască energie suplimentară, care este eliberată în contact, ceea ce va duce la încălzirea acestuia. Dacă curentul curge în direcția câmpului de contact, atunci poate fi susținut de acest câmp, care face munca de mișcare a sarcinilor. Energia necesară pentru aceasta este preluată din substanță, ceea ce duce la răcirea acesteia în punctul de contact.

Efect Seebeck

Efectul Seebeck este fenomenul de apariție a EMF într-un circuit electric închis format din conductori diferiți conectați în serie, contactele dintre care sunt la temperaturi diferite.

Dacă există un gradient de temperatură de-a lungul conductorului, atunci electronii de la capătul fierbinte capătă energii și viteze mai mari decât la capătul rece; în semiconductori, pe lângă aceasta, concentrația electronilor de conducție crește odată cu temperatura. Rezultatul este un flux de electroni de la capătul fierbinte la capătul rece. O sarcină negativă se acumulează la capătul rece, iar o sarcină pozitivă necompensată rămâne la capătul fierbinte. Procesul de acumulare a sarcinii continuă până când diferența de potențial rezultată determină un flux de electroni în sens invers, egal cu cel primar, datorită căruia se stabilește echilibrul.

FEM, a cărei apariție este descrisă de acest mecanism, se numește fem volumetrică.

Caracteristicile elementelor Peltier și Seebeck

Principala caracteristică a acestor elemente este că elementul Peltier are efectul opus, dar elementul Seebeck nu. Și asta în ciuda faptului că efectul opus al elementului Peltier este efectul elementului Seebeck.

Ca urmare, efectul Seebeck a devenit utilizat pe scară largă în diverse domenii.

Elementul Peltier este exact opusul dispozitivelor bazate pe efectul Seebeck. În acest caz, dimpotrivă, sub influența curentului electric se formează o diferență de temperatură la locurile de lucru ale structurii. Astfel, cu ajutorul curentului electric, căldura este transferată de la un termocuplu la altul. Când direcția curentului se schimbă, partea încălzită va lua starea opusă.

Acest efect apare la doi conductori diferiți cu aceeași conductivitate. În fiecare dintre ele, electronii au o valoare energetică diferită și se află la o distanță foarte apropiată unul de celălalt. Ca urmare, sarcinile vor fi transferate de la un mediu la altul, iar electronii cu energie mai mare pe fondul unor niveluri scăzute vor renunța la excesul rețelei cristaline, provocând încălzire. Dacă există o lipsă de energie, dimpotrivă, aceasta este transferată din rețeaua cristalină, ducând la răcirea joncțiunii.

Aplicarea efectului Peltier și a efectului Seebeck

Efectele studiate sunt folosite pentru a crea senzori termici, generatoare termoelectrice și sunt, de asemenea, folosite în computere pentru a îmbunătăți răcirea procesorului.

În prezent, efectul Seebeck este aplicat în senzori integrați, în care perechile corespunzătoare de materiale sunt depuse pe suprafața substraturilor semiconductoare. Un exemplu de astfel de senzori este un termocuplu pentru detectarea radiației termice. Deoarece siliciul are un coeficient Seebeck destul de mare, pe baza acestuia sunt realizate detectoare termoelectrice foarte sensibile.

Una dintre limitările semnificative care apar atunci când se utilizează un convertor termoelectric este coeficientul de eficiență scăzut - 3-8%. Dar dacă nu este posibil să se instaleze linii electrice standard, iar sarcina pe rețea este de așteptat să fie mică, atunci utilizarea generatoarelor termoelectrice este complet justificată. De fapt, dispozitivele care funcționează pe efectul Seebeck pot fi utilizate într-o mare varietate de domenii:

1. Aprovizionarea cu energie pentru tehnologia spațială;

2. Alimentare cu energie electrică pentru echipamentele pe gaz și petrol;

3. Generatoare de uz casnic;

4. Sisteme de navigație maritimă;

5. Sisteme de incalzire;

6. Exploatarea căldurii vehiculelor reziduale;

7. Convertoare de energie solară;

8. Convertizoare de căldură generată de surse naturale (de exemplu, apele geotermale).

Efectul Peltier este utilizat în două situații: atunci când este necesar fie să furnizați căldură la joncțiunea materialelor, fie să o îndepărtați, ceea ce se face prin schimbarea direcției curentului. Această proprietate și-a găsit aplicația în dispozitivele în care este necesar un control precis al temperaturii. Elementele Peltier sunt utilizate în situațiile în care este necesară răcirea cu o diferență mică de temperatură sau eficiența energetică a răcitorului nu este importantă. De exemplu, elementele Peltier sunt utilizate în frigiderele autovehiculelor mici, deoarece utilizarea unui compresor în acest caz este imposibilă din cauza dimensiunilor limitate și, în plus, puterea de răcire necesară este mică.

În plus, elementele Peltier sunt folosite pentru a răci dispozitivele cuplate la încărcare în camerele digitale. Datorită acestui fapt, se obține o reducere vizibilă a zgomotului termic în timpul expunerilor lungi (de exemplu în astrofotografie). Elementele Peltier cu mai multe etape sunt folosite pentru a răci receptorii de radiații în senzorii cu infraroșu.

Elementele Peltier sunt, de asemenea, adesea folosite:

1. Pentru răcirea și controlul temperaturii laserelor cu diode pentru a stabiliza lungimea de undă a radiației;

2. În tehnologia informatică;

3. În aparate radioelectrice;

4. În echipamente medicale și farmaceutice;

5. În aparatele de uz casnic;

6. În echipamentele de climatizare;

7. În termostate;

8. În echipamente optice;

9. Pentru a controla procesul de cristalizare;

10. Ca preîncălzire pentru încălzire;

11. Pentru răcirea băuturilor;

12. În instrumente de laborator și științifice;

13. În aparatele de gheață;

14. În aparatele de aer condiționat;

15. Pentru a genera energie electrică;

16. În debitmetre electronice de apă.

Desigur, dispozitivele de răcire Peltier nu sunt potrivite pentru utilizare în masă. Sunt destul de scumpe și necesită o funcționare adecvată. Astăzi este mai degrabă un instrument pentru overclockerii procesoarelor. Cu toate acestea, dacă este necesară răcirea puternică a procesoarelor, răcitoarele Peltier sunt cele mai eficiente dispozitive.

Au existat rapoarte de experimente privind încorporarea modulelor Peltier miniaturale direct în cipurile procesorului pentru a răci structurile lor cele mai critice. Această soluție promovează o răcire mai bună prin reducerea rezistenței termice și poate crește semnificativ frecvența de operare și performanța procesoarelor.

Multe laboratoare de cercetare desfășoară lucrări pentru îmbunătățirea sistemelor de asigurare a condițiilor optime de temperatură pentru elementele electronice. Iar sistemele de răcire care utilizează module termoelectrice Peltier sunt considerate extrem de promițătoare.

Descrierea configurației experimentale

Pentru a efectua experimentul, a fost creată o configurație pentru a obține datele necesare.

Pentru a reduce schimbul de căldură cu mediul înconjurător, este necesar să se creeze un termostat. În instalația experimentală, acest lucru s-a realizat cu ajutorul materialelor termoizolante utilizate în timpul construcției, în care au fost create două băi, separate într-un caz prin elemente Peltier, în celălalt caz printr-un element Seebeck. Cutiile de sucuri rezistente la apă au fost folosite ca baie. Hidroizolarea elementelor a fost realizată cu ajutorul unui pistol de lipici.

Pentru realizarea experimentului au fost selectate elemente Peltier și Seebeck cu caracteristici similare: tensiune și putere de funcționare.

Multimetrele au fost folosite ca instrumente de măsurare pentru înregistrarea temperaturii.

Valoarea tensiunii a fost luată și cu ajutorul unui multimetru sau voltmetru.

procedura experimentala

În funcție de elementul studiat, fie apă cu temperaturi diferite a fost turnată în diferite secțiuni ale băilor (efect Seebeck direct și efect Peltier invers), fie apă de aceeași temperatură pentru a detecta efectul Peltier direct și efectul Seebeck invers).

Citirile senzorului de temperatură au fost introduse într-un tabel (Anexa 1), pe baza căruia au fost construite grafice de tensiune în funcție de temperatură.

Fiecare experiment a fost efectuat timp de 7-10 minute.

Rezultatele experimentului

Pe baza datelor obținute în timpul a patru experimente, au fost construite grafice

În timpul experimentului, se observă efectul Seebeck direct și efectul Peltier invers pentru elementele corespunzătoare, valorile tensiunii la care sunt aproximativ aceleași. După cum se poate observa din grafic, dependența tensiunii de element de diferența de temperaturi ale suprafeței este similară. Diferența de semnificație se datorează diferenței de caracteristici ale obiectelor.

Comparație între efectul Peltier direct și efectul Seebeck invers

Efect Seebeck invers

După cum se poate observa din grafic, ținând cont de erorile asociate cu caracteristicile de proiectare ale dispozitivului (indicate în instrucțiuni), putem presupune că temperatura nu s-a schimbat în timpul experimentului, ceea ce indică faptul că efectul Seebeck invers nu a fost înregistrat.

Acest lucru poate fi judecat după grafic cu adăugarea unei linii de tendință

Efect Peltier direct

Experimentul a confirmat prezența efectului Peltier direct: într-o parte a băii temperatura a crescut, în cealaltă a scăzut.

O concluzie similară rezultă din analiza modificărilor diferenței de temperatură dintre cele două părți ale elementului Peltier.

Concluzie:

Elementul Peltier are atât efecte directe, cât și efecte inverse. Elementul Seebeck poate fi utilizat numai în direcția înainte.

CONCLUZIE

Când lucram la studiu, pe baza surselor disponibile, s-au studiat istoricul și caracteristicile efectului Peltier direct și invers, efectul Seebeck direct și invers.

Crearea unei instalații eficace a făcut posibilă realizarea experimentelor planificate într-o manieră de înaltă calitate pentru a confirma ipoteza propusă.

Studiul a dezvăluit caracteristicile distinctive ale efectului Peltier și ale efectului Seebeck atunci când sunt utilizate în direcțiile înainte și înapoi.

Ipoteza despre absența efectului Seebeck invers a fost complet confirmată. Pe baza acestei afirmații, trebuie amintit că elemente precum elementele Peltier și Seebeck sunt mai eficiente atunci când sunt utilizate în scopul lor, deși este posibil să se utilizeze efectul Seebeck direct și efectul Peltier invers. Chiar dacă există asemănări structurale, pentru a respecta tehnologia, trebuie să lucrați cu un efect specific.

După un studiu detaliat al efectului Peltier, putem concluziona: în ciuda faptului că utilizarea efectului Peltier necesită măsuri suplimentare și cercetări pentru a studia utilizarea sigură și rațională a modulelor Peltier ca dispozitive de răcire, acest fenomen este extrem de promițător.

LISTA DE REFERINȚE UTILIZATE

1. Landau L.D., Lifshits E.M. Fizică teoretică: manual. manual: Pentru universități. În 10. vol. T. VIII. Electrodinamica mediilor continue. - Ed. a IV-a, stereot.-m.: Fizmatlit, 2000. - 656 p.

2. Narkevici I.I. Fizica: Manual/ I.I. Narkevici, E.I. Vomlyansky, S.I. Public. - Mn.: Cunoștințe noi, 2004. - 680 p.

3. Rowell G., Herbert S. Fizica / Trad. din engleza editat de V.G. Razumovsky. - M.: Educaţie, 1994. - 576 p.: ill.

4. Sivukhin S.D. Curs general de fizică.- M.: Nauka, 1977. - T.3. Electricitate.- P.490-494.

5.. Fizica: Enciclopedia./ Under. Ed. Yu.V. Prokhorova. - M.: Marea Enciclopedie Rusă, 2003. - 944 p.: ill., 2 p. culoare

6. Enciclopedia fizică, vol. 5. Dispozitive stroboscopice - luminozitate / Cap. ed. A.M. Prohorov. Ed. Col.: D.M. Baldin, Marea Enciclopedie Rusă, 1998. - 760 p.

7. Vladimir Lank, Miroslav Vondra. Fizika v kocke. - Ceska republika: FRAGMENT, 2000. - 120 p. Manual pentru școala secundară, Republica Slovacă.

8. Tsokos K.A. Fizică pentru Diploma IB. Ediția a cincea. - Marea Britanie: Cambridge University Press, 2004. - 850 p. Manual pentru Programul de Bacalaureat Internațional

9. Site-ul companiei 3bscientific. [resursa electronica]// https://www.3bscientific.ru/laboratory-installation-seebeck-effect-8000731-ue6020500-230,p_1440_28886.html (data accesarii: 18 februarie 2018)

Anexa 1. Rezultate experimentale

Experimentul 1. Efectul Seebeck direct

Timpul t, s	Diferența de temperatură Δ t, o C	Tensiunea U, V

Experimentul 2. Efectul Peltier invers

Timpul t, s	Temperatura apei rece tx, o C	Temperatura apei calde t g, o C	Diferența de temperatură Δ t, o C	Tensiunea U, V

Experimentul 3: Efectul Seebeck invers

Timpul t, s	Temperatura apei rece tx, o C	Temperatura apei calde t g, o C	Diferența de temperatură Δ t, o C	Voltaj

Experimentul 4. Efectul Peltier direct

Timpul t, s	Temperatura apei rece tx, o C	Temperatura apei calde t g, o C	Diferența de temperatură Δ t, o C	Tensiunea U, V

Anexa 2. Poza instalării

Elementele Peltier sunt convertoare termoelectrice speciale care funcționează pe principiul Peltier. (formarea unei diferențe de temperatură atunci când este conectat curent electric, cu alte cuvinte, un răcitor termoelectric).

Nu este un secret pentru nimeni că dispozitivele electronice se încălzesc în timpul funcționării. Încălzirea afectează negativ procesul de lucru, prin urmare, pentru a răci cumva dispozitivele, în corpul dispozitivului sunt încorporate elemente speciale, numite după inventatorul din Franța - Peltier. Acesta este un element de dimensiuni mici care poate răci componentele radio de pe plăcile dispozitivelor. Instalarea singur nu va cauza probleme; instalarea în circuit se face cu un fier de lipit obișnuit.

1 — Izolator ceramic
2 - conductor de tip n
3 - conductor tip p
4 - Conductor de cupru

La început, nimeni nu era interesat de problemele de răcire, așa că această invenție a rămas nefolosită. Două secole mai târziu, la utilizarea dispozitivelor electronice în viața de zi cu zi și în industrie, au început să fie folosite elemente Peltier în miniatură, amintind de efectul inventatorului francez.

Principiul de funcționare

Pentru a înțelege cum funcționează un element bazat pe invenția lui Peltier, este necesar să înțelegem procesele fizice. Efectul este de a combina două materiale cu proprietăți conductoare care au energii diferite ale electronilor în regiunea de conducere. Când un curent electric este conectat la zona de cuplare, electronii primesc energie mare pentru a se muta în zona de conductivitate mai mare a celui de-al doilea semiconductor. Pe măsură ce energia este absorbită, conductorii se răcesc. Când curentul curge în direcția opusă, are loc efectul obișnuit de încălzire a contactului.

Toate lucrările se desfășoară la nivelul rețelei atomice a materialului. Pentru a înțelege mai bine munca, să ne imaginăm un gaz format din particule - fononi. Temperatura gazului depinde de parametrii:

Proprietățile metalului.
Temperaturile ambientale.

Presupunem că metalul constă dintr-un amestec de gaze de electroni și fononi care se află în echilibru termodinamic. Când două metale cu temperaturi diferite se ating, electronii rece se deplasează în metalul cald. Se creează o diferență de potențial.

La joncțiunea contactului, electronii absorb energia fononului și o transferă către celălalt metal către fononi. La schimbarea polilor sursei de curent, întregul proces va fi invers. Diferența de temperatură va crește până când sunt disponibili electroni liberi cu un potențial ridicat. În absența lor, temperaturile din metale se vor egaliza.

Dacă instalați un radiator de înaltă calitate sub forma unui radiator pe o parte a plăcii Peltier, atunci a doua parte a plăcii va crea o temperatură mai scăzută. Va fi cu câteva zeci de grade mai jos decât aerul din jur. Cu cât valoarea curentului este mai mare, cu atât răcirea va fi mai puternică. Când polaritatea curentului este inversată, părțile reci și calde se vor schimba între ele.

La conectarea unui element Peltier la metal, efectul devine nesemnificativ, astfel încât două elemente sunt practic instalate. Numărul lor poate fi oricare, depinde de nevoia de putere de răcire.

Eficacitatea efectului Peltier depinde de cât de precis sunt selectate proprietățile metalelor, de puterea curentului care curge prin dispozitiv și de rata de îndepărtare a căldurii.

Domeniul de utilizare

Pentru a aplica practic elementul Peltier, oamenii de știință au efectuat mai multe experimente care au arătat că o creștere a eliminării căldurii se realizează prin creșterea numărului de conexiuni a două materiale. Cu cât numărul de joncțiuni ale materialelor este mai mare, cu atât efectul este mai mare. Mai des în viața noastră, un astfel de element este folosit pentru a răci dispozitivele electronice și pentru a reduce temperatura în microcircuite.

Iată câteva dintre utilizările lor:

Dispozitive de vedere pe timp de noapte.
Camere digitale, dispozitive de comunicare, microcircuite care necesită răcire de înaltă calitate pentru un efect de imagine mai bun.
Telescoape răcite.
Aer conditionat.
Sisteme precise de răcire cu ceas pentru oscilatoare electrice cu cuarț.
Frigidere.
Răcitoare de apă.
Frigidere auto.
Plăci video.

Elementele Peltier sunt adesea folosite în sistemele de refrigerare și aer condiționat. Este posibil să se obțină temperaturi destul de scăzute, ceea ce deschide posibilitatea de a fi utilizat pentru echipamente de răcire cu încălzire crescută.

În prezent, experții folosesc elemente Peltier în sistemele acustice care acționează ca un răcitor. Elementele Peltier nu creează niciun sunet, așa că zgomotul este unul dintre avantajele lor. Această tehnologie a devenit populară datorită transferului său puternic de căldură. Elementele realizate folosind tehnologia modernă au dimensiuni compacte, iar radiatoarele de răcire mențin o anumită temperatură pentru o perioadă lungă de timp.

Avantajul elementelor este durata de viață lungă, deoarece sunt realizate sub forma unui corp monolitic, defecțiunile sunt puțin probabile. Designul simplu al tipului obișnuit pe scară largă este simplu, constând din două fire de cupru cu terminale și fire, izolație ceramică.

Aceasta este o mică listă de locuri de aplicare. Se extinde pentru a include dispozitive de uz casnic, computere și mașini. Se remarcă utilizarea elementelor Peltier în microprocesoare de răcire cu performanțe ridicate. Anterior, în ele erau instalate doar ventilatoare. Acum, la instalarea unui modul cu elemente Peltier, zgomotul în funcționarea dispozitivelor a scăzut semnificativ.

Se vor schimba circuitele de răcire din frigiderele convenționale în circuite care utilizează efectul Peltier? Astăzi acest lucru este greu de posibil, deoarece elementele au o eficiență scăzută. De asemenea, costul lor nu permite utilizarea lor în frigidere, deoarece este destul de mare. Viitorul va arăta cum se va dezvolta această direcție. Astăzi, se efectuează experimente cu soluții solide care sunt similare ca structură și proprietăți. Când le folosiți, prețul modulului de răcire poate scădea.

Efectul invers al elementelor Peltier

Tehnologia de acest tip are o caracteristică cu fapte interesante. Acesta este efectul generării curentului electric prin răcirea și încălzirea plăcii modulului Peltier. Cu alte cuvinte, servește ca generator de energie electrică, cu efect invers.

Astfel de generatoare de energie electrică există încă pur teoretic, dar putem spera la dezvoltarea viitoare a acestei direcții. La un moment dat, inventatorul francez nu a găsit nicio aplicație pentru descoperirea sa.

Astăzi, acest efect termoelectric este utilizat pe scară largă în electronică. Domeniul de aplicare este în continuă extindere, ceea ce este confirmat de rapoartele și experiențele cercetătorilor și oamenilor de știință. În viitor, aparatele electrocasnice și electronice vor avea capabilități inovatoare avansate. Frigiderele vor deveni silențioase, la fel ca computerele. Între timp, modulele Peltier sunt montate în diferite circuite pentru a răci componentele radio.

Avantaje și dezavantaje

Avantajele elementelor Peltier includ următoarele fapte:

Carcasa compacta a elementelor permite montarea acestuia pe o placa cu componente radio.
Nu există piese în mișcare sau frecare, ceea ce îi crește durata de viață.
Permite conectarea mai multor elemente într-o singură cascadă, conform unei scheme care vă permite să reduceți temperatura pieselor foarte fierbinți.
Când se schimbă polaritatea tensiunii de alimentare, elementul va funcționa în ordine inversă, adică părțile de răcire și încălzire se vor schimba.

Dezavantajele includ următoarele:

Coeficient de acțiune insuficient care influențează creșterea curentului furnizat pentru a obține diferența de temperatură necesară.
Un sistem destul de complex pentru îndepărtarea căldurii de pe suprafața de răcire.

Cum să faci elemente Peltier pentru un frigider

Puteți realiza singuri astfel de elemente Peltier rapid și ușor. Mai întâi trebuie să decideți asupra materialului plăcilor. Este necesar să se ia plăci de elemente din ceramică durabilă, să se pregătească conductori în cantități mai mari de 20 de bucăți, pentru a asigura cea mai mare diferență de temperatură. Cu un număr suficient de elemente de eficiență, va exista o creștere semnificativă a performanței frigiderului.

Puterea frigiderului folosit joacă un rol important. Dacă funcționează pe freon lichid, atunci nu vor fi probleme cu performanța. Plăcile elementului sunt montate lângă evaporator, montate împreună cu motorul. Pentru o astfel de instalare veți avea nevoie de un anumit set de garnituri și unelte. Acest lucru va asigura că fundul frigiderului se răcește rapid.

Este necesară izolarea atentă a conductorilor, numai după aceea acestea sunt conectate la compresor. După finalizarea instalării, trebuie să verificați tensiunea cu un multimetru. Dacă elementele funcționează defectuos (de exemplu, un scurtcircuit), termostatul va funcționa.

Alte aplicații ale modulelor termoelectrice

Efectul modulului Peltier este folosit astăzi, datorită legilor fizicii. Excesul de energie a elementelor este întotdeauna util acolo unde este necesar un schimb de căldură silențios și rapid.

Principalele locuri în care sunt utilizate modulele:

Răcirea microprocesoarelor.
Motoarele cu ardere internă produc gaze de eșapament, pe care oamenii de știință au început să le folosească pentru a genera energie auxiliară folosind module termoelectrice. Energia obţinută în acest fel este furnizată din nou motorului sub formă de electricitate. Acest lucru creează economii de combustibil.
În aparatele de uz casnic care acționează asupra încălzirii sau răcirii.

Un răcitor de răcire poate deveni un încălzitor, iar un frigider poate acționa ca un dulap de încălzire dacă polaritatea DC este inversată. Acest lucru se numește efect reversibil.

Acest principiu este folosit la recuperatoare. Este format dintr-o cutie cu două camere. Sunt conectate între ele printr-un ventilator. Elementele Peltier încălzesc aerul rece care intră din exterior folosind energia care este extrasă din aerul cald din interiorul încăperii. Acest dispozitiv economisește costurile de încălzire a spațiului.

Eliberarea sau absorbția (în funcție de direcția curentului) de căldură la contactul a doi semiconductori diferiți sau a unui metal și a unui semiconductor

Animaţie

Descriere

Efectul Peltier este un fenomen termoelectric, opusul efectului Seebeck: atunci când un curent electric I este trecut printr-un contact (joncțiune) a două substanțe diferite (conductoare sau semiconductoare) la contact, pe lângă căldura Joule, căldură Peltier suplimentară. Q P este eliberat într-o direcție a curentului și absorbit în sens opus.

Cantitatea de căldură generată Q P și semnul acesteia depind de tipul de substanțe în contact, de puterea curentului și de timpul trecerii acestuia:

dQ P = p 12 H I H dt.

Aici p 12 = p 1 -p 2 este coeficientul Peltier pentru un contact dat, asociat cu coeficienții Peltier absoluti p 1 și p 2 ai materialelor de contact. În acest caz, se presupune că curentul curge de la prima probă la a doua. Când căldura Peltier este eliberată, avem: Q P >0, p 12 >0, p 1 > p 2 . Când căldura Peltier este absorbită, este considerată negativă și, în consecință: Q P<0,p 12 <0, p 1

În locul căldurii Peltier, este adesea folosită o cantitate fizică, definită ca energie termică eliberată în fiecare secundă la contactul unei unități de suprafață. Această cantitate, numită putere de eliberare a căldurii, este determinată de formula:

q P = p 12 H j,

unde j=I/S - densitatea curentului;

S - zona de contact;

dimensiunea acestei marimi este SI = W/m2.

Din legile termodinamicii rezultă că coeficientul Peltier și coeficientul de termoputere a sunt legate prin relația:

p = aЧ T,

unde T este temperatura de contact absolută.

Coeficientul Peltier, care este o caracteristică tehnică importantă a materialelor, nu este, de regulă, măsurat, ci se calculează folosind coeficientul de termoputere, a cărui măsurare este mai simplă.

În fig. 1 și fig. Figura 2 prezintă un circuit închis format din doi semiconductori diferiți PP1 și PP2 cu contactele A și B.

Degajare de căldură Peltier (pin A)

Orez. 1

Absorbție de căldură Peltier (pin A)

Orez. 2

Un astfel de circuit este de obicei numit termoelement, iar ramurile sale sunt numite termoelectrozi. Un curent I creat de o sursă externă e circulă prin circuit. Orez. 1 ilustrează situația când la contactul A (curent curge de la PP1 la PP2) căldura Peltier este eliberată Q P (A)>0, iar la contactul B (curent este direcționat de la PP2 la PP1) absorbția sa este Q P (B)<0 . В результате происходит изменение температур спаев: Т А >TV V .

În fig. 2, schimbarea semnului sursei schimbă direcția curentului în sens opus: de la PP2 la PP1 pe contactul A și de la PP1 la PP2 pe contactul B. În consecință, semnul căldurii Peltier și relația dintre temperaturile de contact se modifică: Q P (A)<0, Q P (В)>0, TA<Т В .

Motivul apariției efectului Peltier la contactul semiconductorilor cu același tip de purtători de curent (doi semiconductori de tip n sau doi semiconductori de tip p) este același ca și în cazul contactului a doi conductori metalici. Purtătorii de curent (electroni sau găuri) de pe diferite părți ale joncțiunii au energii medii diferite, care depind de multe motive: spectrul energetic, concentrația, mecanismul de împrăștiere a purtătorului de sarcină. Dacă purtătorii, trecând prin joncțiune, intră într-o zonă cu energie mai mică, ei transferă excesul de energie către rețeaua cristalină, în urma căreia căldura Peltier este eliberată în apropierea contactului (Q P >0) și temperatura de contact crește. În acest caz, la cealaltă joncțiune, purtătorii, deplasându-se într-o regiune cu energie mai mare, împrumută energia lipsă din rețea, iar căldura Peltier este absorbită (Q P<0 ) и понижение температуры.

Efectul Peltier, ca toate fenomenele termoelectrice, este deosebit de pronunțat în circuitele compuse din semiconductori electronici (tip n) și orificiu (tip p). În acest caz, efectul Peltier are o altă explicație. Să luăm în considerare situația în care curentul din contact trece de la un semiconductor cu gaură la unul electronic (р ® n). În acest caz, electronii și găurile se mișcă unul spre celălalt și, după ce s-au întâlnit, se recombină. Ca rezultat al recombinării, se eliberează energie, care este eliberată sub formă de căldură. Această situație este prezentată în Fig. 3, care prezintă benzile de energie (e c - banda de conducție, ev - banda de valență) pentru semiconductori de impurități cu orificiu și conductivitate electronică.

Eliberarea căldurii Peltier la contactul semiconductorilor de tip p și n

Orez. 3

În fig. 4 (e c - banda de conducție, ev - banda de valență) ilustrează absorbția de căldură Peltier pentru cazul în care curentul trece de la n la p - semiconductor (n ® p).

Absorbția căldurii Peltier la contactul semiconductorilor de tip p și n

Orez. 4

Aici, electronii dintr-un semiconductor electronic și găurile dintr-un semiconductor de gaură se mișcă în direcții opuse, îndepărtându-se de interfață. Pierderea purtătorilor de curent în regiunea de frontieră este compensată de producția în perechi de electroni și găuri. Formarea unor astfel de perechi necesită energie, care este furnizată de vibrațiile termice ale atomilor rețelei. Electronii și găurile rezultate sunt atrași în direcții opuse de câmpul electric. Prin urmare, atâta timp cât curentul trece prin contact, se nasc continuu noi perechi. Ca rezultat, căldura va fi absorbită în contact.

Pentru ca efectul Peltier să fie vizibil pe fondul încălzirii generale asociate cu eliberarea căldurii Joule-Lenz, trebuie îndeplinită următoarea condiție: S Q P Si Q J . . Ca urmare, se obțin următoarele relații care trebuie luate în considerare la efectuarea experimentelor:

unde R este rezistența secțiunii termoelectrodului de lungime l la care se eliberează căldură;

r - rezistivitate electrică.

Coeficientul Peltier, care determină cantitatea de căldură Peltier eliberată la contact, depinde de natura substanțelor aflate în contact și de temperatura de contact: p 12 = a 12 · T = (a 1 - a 2 ) · T , unde a 1 iar a 2 sunt coeficienții absoluti de termoputere ai substanțelor în contact. Dacă pentru majoritatea perechilor de metale coeficientul de termoputere este de ordinul 10-5 x 10-4 V/K, atunci pentru semiconductori poate fi mult mai mare (până la 1,5 x 10-3 V/K). Pentru semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate, a are semne diferite, drept urmare Sa 12 S = Sa 1 S + Sa 2 S.

Trebuie remarcat faptul că coeficientul de termoputere depinde într-un mod complex de compoziția și temperatura semiconductorului, în timp ce, în comparație cu metale, dependența de temperatură a a pentru semiconductori este mult mai pronunțată. Semnul lui a este determinat de semnul purtătorilor de taxe. Nu există formule empirice generale, cu atât mai puțin teoretice, care să acopere proprietățile termoelectrice ale semiconductorilor într-un interval larg de temperatură. De obicei, forța termoelectromotoare a unui semiconductor, pornind de la valoarea a = 0 la T = 0, crește mai întâi proporțional cu T, apoi mai încet, rămâne adesea constantă într-un anumit interval de temperatură și în regiunea temperaturilor ridicate ( peste 500 Kyo 700 K) începe să scadă conform legii a~ 1/T.

O altă trăsătură distinctivă a semiconductorilor este rolul decisiv al impurităților, a căror introducere face posibilă nu numai schimbarea de mai multe ori a valorii, ci și schimbarea semnului a.

În semiconductori cu conductivitate mixtă, contribuțiile la termoputerea găurilor și a electronilor sunt opuse, ceea ce duce la valori mici ale a și p.

În cazul particular, când concentrațiile (n) și mobilitatea (u) ale electronilor și găurilor sunt egale (ne = np și ue = sus), valorile lui a și p devin zero:

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

Efectul Peltier, ca și alte fenomene termoelectrice, este de natură fenomenologică.

Efectul Peltier în semiconductori este utilizat pentru răcirea și încălzirea termoelectrică, care are aplicații practice în controlul temperaturii și dispozitivele de refrigerare.

Fenomenul Peltier a fost descoperit de J. Peltier în 1834.

Caracteristici de sincronizare

Timp de inițiere (log la -3 la 2);

Durata de viață (log tc de la 15 la 15);

Timp de degradare (log td de la -3 la 2);

Timpul de dezvoltare optimă (log tk de la -2 la 3).

Diagramă:

Implementări tehnice ale efectului

Implementarea tehnică a efectului Peltier în semiconductori

Unitatea tehnologică principală a tuturor dispozitivelor termoelectrice de răcire este o baterie termoelectrică alcătuită din termoelemente conectate în serie. Deoarece conductorii metalici au proprietăți termoelectrice slabe, termoelementele sunt fabricate din semiconductori, iar una dintre ramurile termoelementului ar trebui să fie constituită dintr-o gaură pură (tip p), iar cealaltă dintr-un semiconductor pur electronic (tip n). Dacă alegeți o direcție curentă (Fig. 5), în care căldura Peltier va fi absorbită la contactele situate în interiorul frigiderului și eliberată în spațiul înconjurător la contactele externe, atunci temperatura din interiorul frigiderului va scădea, iar spațiul în afara frigiderului se va încălzi (ceea ce se întâmplă la orice tip de frigider).

Schema schematică a unui frigider termoelectric

Orez. 5

Principala caracteristică a unui dispozitiv de răcire termoelectric este eficiența sa de răcire:

Z= a 2 /(rl) ,

unde a este coeficientul de termoputere;

r - rezistivitate;

l este conductivitatea termică a semiconductorului.

Parametrul Z este o funcție de temperatură și concentrația purtătorului de sarcină, iar pentru fiecare temperatură dată există o valoare optimă a concentrației la care valoarea Z este maximă. Reducerea maximă a temperaturii este legată de valoarea eficienței prin expresia:

D T max = (1/2) Х Z Х T 2,

unde T este temperatura joncțiunii reci a termoelementului.

Cu cât este mai mare valoarea lui Z pentru ramurile individuale, cu atât este mai mare valoarea lui Z = (a 1 + a 2) 2 /(Tsr 1 l 1 + Tsr 2 l 2) 2, ceea ce determină eficiența. întregul termoelement. Este recomandabil să alegeți semiconductori cu cele mai mari valori de mobilitate și conductivitate termică minimă. Introducerea anumitor impurități într-un semiconductor este principalul mijloc disponibil de modificare a parametrilor acestuia (a, r, l) în direcția dorită.

Dispozitivele moderne de răcire termoelectrică asigură reducerea temperaturii de la +20°C la 200°C; capacitatea lor de răcire nu este de obicei mai mare de 100 W.

Din punct de vedere tehnologic, tijele din materiale semiconductoare cu conductivitate p și n (1) sunt montate pe plăci termoconductoare din material izolator (2) folosind conectori metalici (3) așa cum se arată în Fig. 6.

Schema modulului termoelectric

Orez. 6

Aplicarea unui efect

Principalele domenii de utilizare practică a efectului Peltier în semiconductori: obținerea frigului pentru a crea dispozitive termoelectrice de răcire, încălzire în scop de încălzire, termostatare, controlul procesului de cristalizare în condiții de temperatură constantă.

Metoda de răcire termoelectrică are mai multe avantaje față de alte metode de răcire. Dispozitivele termoelectrice se disting prin ușurința de control, capacitatea de a regla fin temperatura, zgomotul și fiabilitatea operațională ridicată. Principalul dezavantaj al dispozitivelor termoelectrice este eficiența lor scăzută, care nu le permite să fie utilizate pentru producția industrială de „rece”.

Dispozitivele termoelectrice de răcire sunt utilizate în frigiderele de uz casnic și de transport, termostate, pentru răcirea și termostarea elementelor termosensibile ale echipamentelor radio-electronice și optice, pentru controlul procesului de cristalizare, în dispozitivele medicale și biologice etc.

În tehnologia computerelor, dispozitivele de răcire termoelectrică au denumirea din argou „cooler” (din engleză cooler - cooler).

Literatură

1. Enciclopedie fizică.- M.: Marea Enciclopedie Rusă, 1998.- T.5.- P.98-99, 125.

2. Sivukhin S.D. Curs general de fizică.- M.: Nauka, 1977. - T.3. Electricitate.- P.490-494.

3. Stilbans L.S. Fizica semiconductorilor.- M., 1967. - P.75-83, 292-311.

4. Ioffe A.F. Termoelemente semiconductoare - M., 1960.

Cuvinte cheie

Modulul Peltier poate fi folosit în 4 scheme diferite: ca element de încălzire (în incubatoare...), ca element de răcire (în frigidere...), pentru a genera energie electrică (generator...) și, de asemenea, folosind Peltier element pe care îl puteți genera apă. Despre asta va fi articolul meu.

Element Peltier este un convertor termoelectric, al cărui principiu de funcționare se bazează pe efectul Peltier - apariția unei diferențe de temperatură atunci când curge un curent electric. În literatura de limba engleză, elementele Peltier sunt desemnate TEC (din engleză Thermoelectric Cooler - thermoelectric cooler).

Efectul opus al efectului Peltier se numește efect Seebeck.

Principiul de funcționare

Funcționarea elementelor Peltier se bazează pe contactul a două materiale conductoare cu niveluri diferite de energie a electronilor în banda de conducere. Când curentul trece prin contactul unor astfel de materiale, electronul trebuie să dobândească energie pentru a se deplasa la o bandă de conducție de energie mai mare a unui alt semiconductor. Când această energie este absorbită, punctul de contact dintre semiconductori se răcește. Când curentul curge în sens opus, punctul de contact dintre semiconductori se încălzește, pe lângă efectul termic obișnuit.

Când metalele intră în contact, efectul Peltier este atât de mic încât este inobservabil pe fundalul fenomenelor de încălzire ohmică și conductivitate termică. Prin urmare, în aplicațiile practice, se utilizează contactul dintre doi semiconductori.

Un element Peltier este format din una sau mai multe perechi de paralelipipede semiconductoare mici - unul de tip n și unul de tip p într-o pereche (de obicei telurura de bismut, Bi2Te3 și germanidul de siliciu), care sunt conectate în perechi folosind punți metalice. Jumperii metalici servesc simultan ca contacte termice și sunt izolați cu o peliculă neconductivă sau o placă ceramică. Perechile de paralelipipede sunt conectate astfel încât să se formeze o conexiune în serie a mai multor perechi de semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate, astfel încât în partea de sus să existe o secvență de conexiuni (n->p), iar în partea de jos opusă ( p->n). Curentul electric curge secvenţial prin toate paralelipipedele. În funcție de direcția curentului, contactele superioare sunt răcite, iar cele inferioare sunt încălzite - sau invers. Astfel, curentul electric transferă căldură de pe o parte a elementului Peltier pe cealaltă și creează o diferență de temperatură.

Dacă răciți partea de încălzire a elementului Peltier, de exemplu folosind un radiator și un ventilator, atunci temperatura părții rece devine și mai scăzută. În elementele cu o singură treaptă, în funcție de tipul elementului și de valoarea curentului, diferența de temperatură poate ajunge la aproximativ 70 °C.

Avantaje și dezavantaje

Avantajul elementului Peltier este dimensiunea sa mică, absența oricăror părți în mișcare, precum și a gazelor și lichidelor. Prin inversarea direcției curentului, sunt posibile atât răcirea, cât și încălzirea - acest lucru face posibilă termostatarea la temperaturi ambientale atât peste, cât și sub temperatura termostatului. Un alt avantaj este absența pieselor mecanice și absența zgomotului.

Dezavantajul elementului Peltier este eficiența sa mai mică decât cea a unităților frigorifice cu compresor care utilizează freon, ceea ce duce la un consum mare de energie pentru a obține o diferență de temperatură vizibilă. În ciuda acestui fapt, sunt în curs de dezvoltare pentru a crește eficiența termică, iar elementele Peltier și-au găsit o aplicare largă în tehnologie, deoarece temperaturile sub 0 °C pot fi atinse fără dispozitive suplimentare.

Principala problemă în construirea elementelor Peltier cu eficiență ridicată este că electronii liberi dintr-o substanță sunt purtători simultan atât de curent electric, cât și de căldură. Materialul pentru elementul Peltier trebuie să aibă simultan două proprietăți care se exclud reciproc - conduce bine curentul electric, dar conduce prost căldura.

În bateriile cu celule Peltier, este posibil să se obțină o diferență de temperatură teoretică foarte mare, mai mare de 70 de grade Celsius, prin urmare este mai bine să se folosească o metodă de control al temperaturii în impulsuri, datorită căreia se poate reduce și consumul de energie. În acest caz, este de dorit să netezi ondulațiile curente pentru a prelungi durata de viață a elementului Peltier.

Aplicarea Modulului Termoelectric: în răcitoare de apă, sisteme de răcire pentru calculatoare sau microcircuite ale diverselor dispozitive de dimensiuni reduse, în generatoare termice electrice, răcire plăci video, poduri nord sau sud, frigidere auto, răcitoare de aer, Arduino, pentru răcirea matricelor CCD și fotodetectoarelor cu infraroșu, în generatoare termice electrice, in termostate, in instrumente stiintifice de laborator, calibratoare termice, stabilizatori termici. În general, acolo unde este necesar să se realizeze diferențe de temperatură mai mari de 60 de grade.

Dimensiunile plăcii Peltier și caracteristicile de consum

Dimensiunile plăcilor Peltier și caracteristicile de consum (consum de putere, tensiune, curent, diferență maximă de temperatură). Marcajele acestor generatoare termoelectrice pot fi diferite pe diferite locații, totul depinde de producător (de exemplu: TEG1-241-1.4-1.2; CP1.4-127-06L domestic; TB-127-1.4-1.5 Frost-72 ; SP1848-27145; Termogenerator Seebeck TEP1-142T300). Caracteristicile, la rândul lor, nu vor diferi foarte mult, dar unii indicatori nu diferă semnificativ.

Qmax	Umax	Imax	dTmax	Dimensiuni, (mm)
(W)	(ÎN)	(A)	(grindină)	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

Frigider USB DIY (modul Peltier)

Pentru a ne construi mini-frigiderul, trebuie să găsim sau să cumpărăm un element Peltier (puteți citi mai jos ce este și cum funcționează) și două calorifere.

Chiar acest element Peltier, l-am rupt dintr-un computer stricat, a stat acolo între procesor și cooler. Am curățat vechea pastă termică de pe ea. Pe scurt, acest element Peltier, atunci când îi este furnizat DC, începe să funcționeze după cum urmează: o parte a acestuia începe să se încălzească, iar cealaltă începe să se răcească; dacă schimbați polaritatea sursei de alimentare, părțile laterale ale elementul se va comporta invers!

Apoi, am luat două radiatoare masive de la un amplificator inutil. Apoi am lubrifiat elementul cu pastă termică nouă, pe care am cumpărat-o de la un magazin de radio și am prins elementul Peltier între calorifere. Folosirea pastei termice in acest caz este obligatorie!
Am conectat firele la element de la un cablu USB și l-am conectat la computer - un radiator a început să se încălzească, iar al doilea a început să se răcească! Deci, totul este în ordine!

Materialul pe care l-am folosit pentru a lipi frigiderul este similar cu spuma comprimată sau cu plasticul poros. În general, materialul poate fi orice, principala sa calitate este izolarea termică.
Sticla este organică și arată destul de fragilă, dar de fapt materialul este durabil.
Lipici - superglue.

Apoi, pentru comoditate, am făcut o închizătoare magnetică.
A ieșit bine - o sticlă de apă minerală ar putea încăpea cu ușurință acolo.

Generator - generarea de energie electrică folosind un element Peltier

Avantajele acestui generator:

— Combustibilul este orice lucru care arde sau se încălzește.
— Ieșire USB 5 Volți, 500mA.
— Nu depinde de soare, vânt etc.
- Design simplu și puternic care poate dura pentru totdeauna.
— Puteți găti mâncare pe el în timp ce telefonul se încarcă.
- Versatilitate.
— Oricine îl poate asambla acasă într-o seară (chiar și un angajat AvtoVAZ =)).
- Design ieftin.

Nu l-am inventat eu, există copii comerciale care sunt mult mai bune decât ale mele. De exemplu, BioLite CampStove, prețul său este de 7900 de ruble. Copia mea a fost făcută în grabă pentru scrierea acestui articol și experimente ulterioare.

Baza este elementul Peltier. Acesta este un modul termoelectric utilizat în răcitoarele de apă și frigiderele portabile și este, de asemenea, folosit pentru răcirea procesorului. Când i se aplică tensiune, o parte se răcește, iar cealaltă se încălzește. Dimpotrivă, vom încălzi o parte pentru a genera electricitate.

Principiul principal este ca o parte se incalzeste si cealalta ramane neschimbata, pentru eficienta maxima ai nevoie de o diferenta de temperatura de 100 de grade Celsius.

Să începem!

Noi vom avea nevoie:
— Element Peltier, am folosit TEC1-12710
- Alimentare inutilă de la computer
Oricine, chiar și cel care a ars, și totul a ars în afară de trup
- Regulator de voltaj
Modul DC-DC Boost, tensiune de intrare 1-5 volți, ieșire întotdeauna 5V.
— Radiator (cu cat mai mare cu atat mai bine), de preferat cu cooler de 5V, pentru ca Radiatorul se va încălzi treptat. Iarna aceasta nu este o problemă, deoarece puteți pune radiatorul pe gheață.
— Pastă termică
- Set de instrumente

Modul TEC1-12710, evaluat la 10 A (mai puțin sau mai mult). Dar cele mai puternice vor fi mai mari. Cu cât curentul este mai mare, cu atât este mai eficient și mai scump. L-am cumpărat de la Aliexpress cu aproximativ 250 de ruble. În magazinele noastre de electronice, aceasta costă aproximativ 1.500 de ruble.

Modulul este proiectat pentru o tensiune maximă de 12V, dar nu produce atât de mult din cauza eficienței scăzute atunci când îl folosim în direcția opusă, de exemplu. pentru a primi curent.

Pentru ca să existe o tensiune stabilă de 5 volți și ca dispozitivele să fie încărcate în siguranță, aveți nevoie de un stabilizator step-up. Începe să producă 5 Volți când mai există doar 1 Volt pe elementul Peltier. Puteți ști că totul este gata pentru încărcare prin LED-ul aprins de pe modul.

Puteți să vă asamblați singur, dar am decis să am încredere în chinezi, ei oferă un modul gata făcut cu o ieșire USB pentru 80 de ruble. pe acelasi site.

Să ne distrugem sursa de alimentare. A trebuit să fac găuri suplimentare pentru o mai bună circulație a aerului (sursa de alimentare era foarte veche).

Principiul principal este că aerul este aspirat de jos și iese prin partea de sus. Pur și simplu, trebuie să faci o sobă obișnuită. Nu uitați să asigurați un orificiu pentru aruncarea așchiilor de lemn și un suport pentru o oală sau o cană pentru apă clocotită, dacă aveți nevoie.

Apoi, trebuie să atașați modulul Peltier cu un calorifer pe un perete plat, după ce ați aplicat mai întâi uniform pasta termică. Cu cât contactul este mai strâns, cu atât mai bine. Partea în care este scris modelul este rece, tocmai pe această parte aplicăm caloriferul. Dacă îl amestecați, modulul nu va scoate tensiune; în acest caz, trebuie doar să schimbați firele.

Lipim convertorul boost și găsim unde să-l ascundem. În general, îl puteți lăsa atârnat de fire, dar cu siguranță trebuie să îl izolați, de exemplu, să puneți termocontractabil pe el.

Să punem totul împreună. Acesta este ceea ce ar trebui să obțineți:

Cum functioneaza?

Aruncăm crengi, așchii de lemn, în general, tot ce arde înăuntru. Apoi o aprindem. Focul încălzește pereții sobei și elementul Peltier, care se află pe unul dintre acești pereți. Cealaltă parte a elementului, care se află pe calorifer, rămâne la temperatura exterioară. Cu cât diferența de temperatură este mai mare, cu atât puterea este mai mare, dar nu exagerați.

Eficiența maximă este atinsă deja cu o diferență de 100 de grade. În timp, radiatorul începe să se încălzească și va trebui să fie răcit. Puteți arunca zăpadă, turnați apă pe ea, puneți caloriferul pe gheață sau în apă sau puneți pe el o cană cu apă rece. Există multe opțiuni, cel mai simplu este un cooler, va lua o parte din putere, dar din cauza răcirii rezultatul general nu se va schimba.

NU expuneți elementul la temperaturi ridicate, acesta se poate arde și se poate arde. Documentația indică o temperatură maximă de 180 °C, dar nu trebuie să vă faceți griji prea mult, cu o răcire bună și cu lemn de foc simplu nu i se va întâmpla nimic.

Dacă nu ești leneș și faci totul bine, vei obține un tocator de lemn atât de simplu pe care poți încălzi mâncarea, fierbe, apă și încărca gadgeturile în același timp.

Poate fi folosit acasă dacă există o pană de curent prin plasarea unei lumânări în interior. Apropo, dacă conectați LED-uri la acesta, lumina va fi mult mai strălucitoare decât cea din lumânarea în sine.

În orice loc unde poți găsi ceva care arde, vei avea energie electrică, căldură și abilitatea de a găti comod alimente, folosind mai puțin combustibil în comparație cu un foc.

Primele teste!

După muncă am intrat în pădure, soarele aproape apusese, tufișul era ud, dar soba a dat roade 100%.

Rezultatul a depășit toate așteptările mele. Imediat după ce s-au ars așchii de lemn s-a aprins indicatorul, am conectat telefonul și a început să se încarce. Încărcarea a fost stabilă.

Convertorul nu s-a încordat deloc. Am luat cu mine si un cooling pad pentru laptop, are 2 coolere si LED-uri, ar trebui sa consume o cantitate decenta. L-am conectat, totul se învârte, strălucește și sufla briza. Am luat si un ventilator USB si l-am conectat la sfarsit, cand au mai ramas doar carbuni. Totul se învârte grozav, nici nu știu ce altceva să încerc.

Rezultat:

Totul funcționează grozav, își dă genul Ampere. Totuși, ai nevoie de o răcitoare, pentru că... in jumatate de ora radiatorul s-a incalzit pana la aproximativ 40 de grade, vara va fi si mai mult. Lasă-te să te învârți.

Flăcările trăgează sus, eu personal nu am nevoie de un astfel de foc, voi acoperi câteva dintre găuri ca să ardă mai încet.

Voi face totul nou, voi lua ca bază un tocator de lemn standard care este făcut din conserve, dar îl voi face din metal mai gros și de formă dreptunghiulară. Voi cumpăra un calorifer bun cu un răcitor de o formă potrivită și voi încerca să fac o versiune pliabilă, astfel încât să ocupe mai puțin spațiu când îl transport.

Producerea apei potabile folosind un modul Peltier

Frigidere Peltier cu semiconductor

Funcționarea componentelor electronice moderne de înaltă performanță care stau la baza computerelor este însoțită de o generare semnificativă de căldură, mai ales atunci când le funcționează în moduri de overclocking forțat. Funcționarea eficientă a unor astfel de componente necesită mijloace de răcire adecvate pentru a asigura condițiile de temperatură necesare pentru funcționarea lor. De regulă, astfel de mijloace de susținere a condițiilor optime de temperatură sunt răcitoarele, care se bazează pe radiatoare și ventilatoare tradiționale.

Fiabilitatea și performanța unor astfel de instrumente se îmbunătățesc continuu prin îmbunătățirea designului lor, utilizarea celor mai noi tehnologii și utilizarea unei varietăți de senzori și controale în compoziția lor. Acest lucru face posibilă integrarea unor astfel de instrumente în sistemele informatice, oferind diagnosticare și control al funcționării acestora pentru a obține cea mai mare eficiență, asigurând în același timp condiții optime de temperatură pentru funcționarea elementelor computerului, ceea ce crește fiabilitatea și prelungește perioada fără probleme. Operațiune.

Parametrii răcitoarelor tradiționale se îmbunătățesc continuu, totuși, în ultima perioadă, pe piața calculatoarelor au apărut astfel de mijloace specifice de răcire a elementelor electronice precum frigiderele Peltier cu semiconductori și au devenit în curând populare (deși cuvântul cooler este adesea folosit, termenul corect în cazul Peltier). elemente este tocmai frigider).

Frigiderele Peltier, care conțin module termoelectrice speciale cu semiconductori, a căror funcționare se bazează pe efectul Peltier, descoperit încă din 1834, sunt dispozitive de răcire extrem de promițătoare. Astfel de instrumente au fost folosite cu succes de mulți ani în diverse domenii ale științei și tehnologiei.

În anii șaizeci și șaptezeci, industria autohtonă a făcut încercări repetate de a produce frigidere de uz casnic de dimensiuni mici, a căror funcționare se baza pe efectul Peltier. Cu toate acestea, imperfecțiunea tehnologiilor existente, valorile scăzute ale eficienței și prețurile ridicate nu au permis unor astfel de dispozitive să părăsească laboratoarele de cercetare și bancurile de testare la acel moment.

Dar efectul Peltier și modulele termoelectrice nu sunt rezervate numai oamenilor de știință. În procesul de îmbunătățire a tehnologiei, multe fenomene negative au fost atenuate semnificativ. Aceste eforturi au avut ca rezultat module semiconductoare extrem de eficiente și de încredere.

În ultimii ani, aceste module, a căror funcționare se bazează pe efectul Peltier, au fost utilizate în mod activ pentru răcirea diferitelor componente electronice ale computerelor. În special, au început să fie folosite pentru a răci procesoare moderne puternice, a căror funcționare este însoțită de un nivel ridicat de generare de căldură.

Datorită proprietăților lor termice și operaționale unice, dispozitivele create pe baza modulelor termoelectrice - module Peltier - permit atingerea nivelului necesar de răcire a elementelor computerului fără dificultăți tehnice speciale sau costuri financiare. Ca răcitoare pentru componente electronice, aceste mijloace de menținere a condițiilor de temperatură necesare pentru funcționarea lor sunt extrem de promițătoare. Sunt compacte, convenabile, fiabile și au o eficiență de operare foarte mare.

Frigiderele cu semiconductor prezintă un interes deosebit ca mijloc de a asigura răcirea intensivă a sistemelor informatice ale căror elemente sunt instalate și operate în moduri forțate severe. Utilizarea unor astfel de moduri de overclocking asigură adesea o creștere semnificativă a performanței componentelor electronice utilizate și, în consecință, de regulă, a întregului sistem informatic. Cu toate acestea, funcționarea componentelor computerului în astfel de moduri este caracterizată de o generare semnificativă de căldură și se află adesea la limita capacităților arhitecturilor computerelor, precum și a tehnologiilor microelectronice existente și utilizate. Astfel de componente ale computerului, a căror funcționare este însoțită de generarea ridicată de căldură, nu sunt doar procesoare de înaltă performanță, ci și elemente ale adaptoarelor video moderne de înaltă performanță și, în unele cazuri, cipuri pentru module de memorie. Astfel de elemente puternice necesită răcire intensivă pentru funcționarea lor corectă, chiar și în modurile normale și cu atât mai mult în modurile de overclocking.

module Peltier

Frigiderele Peltier folosesc un frigider convențional, așa-numitul termoelectric, a cărui funcționare se bazează pe efectul Peltier. Acest efect este numit după ceasornicarul francez Peltier (1785-1845), care și-a făcut descoperirea cu mai bine de un secol și jumătate în urmă - în 1834.

Peltier însuși nu a înțeles prea bine esența fenomenului pe care l-a descoperit. Adevăratul sens al fenomenului a fost stabilit câțiva ani mai târziu, în 1838, de către Lenz (1804-1865).

Lenz a pus o picătură de apă în adâncitura de la joncțiunea a două tije de bismut și antimoniu. Când un curent electric a fost trecut într-o direcție, o picătură de apă a înghețat. Când curentul a fost trecut în direcția opusă, gheața rezultată s-a topit. Astfel, s-a stabilit că atunci când un curent electric trece prin contactul a doi conductori, în funcție de direcția acestuia din urmă, pe lângă căldura Joule, se eliberează sau se absoarbe căldură suplimentară, care se numește căldură Peltier. Acest fenomen se numește fenomenul Peltier (efectul Peltier). Astfel, este inversul fenomenului Seebeck.

Dacă într-un circuit închis format din mai multe metale sau semiconductori, temperaturile la punctele de contact ale metalelor sau semiconductorilor sunt diferite, atunci în circuit apare un curent electric. Acest fenomen de curent termoelectric a fost descoperit în 1821 de către fizicianul german Seebeck (1770-1831).

Spre deosebire de căldura Joule-Lenz, care este proporțională cu pătratul puterii curentului (Q=R·I·I·t), căldura Peltier este proporțională cu prima putere a puterii curentului și își schimbă semnul când direcția ultimele modificări. Căldura Peltier, după cum au arătat studiile experimentale, poate fi exprimată prin formula:

Qп = П ·q

unde q este cantitatea de energie electrică transmisă (q=I·t), P este așa-numitul coeficient Peltier, a cărui valoare depinde de natura materialelor în contact și de temperatura acestora.

Căldura Peltier Qp este considerată pozitivă dacă este eliberată și negativă dacă este absorbită.

Orez. 1. Schema experimentului de măsurare a căldurii Peltier, Cu - cupru, Bi - bismut.

În schema prezentată a experimentului de măsurare a căldurii Peltier, cu aceeași rezistență a firelor R (Cu+Bi) coborâte în calorimetre, aceeași căldură Joule va fi degajată în fiecare calorimetru și anume conform Q=R·I· Aceasta. Căldura Peltier, dimpotrivă, va fi pozitivă într-un calorimetru și negativă în celălalt. În conformitate cu această schemă, este posibil să se măsoare căldura Peltier și să se calculeze valorile coeficienților Peltier pentru diferite perechi de conductori.

Trebuie remarcat faptul că coeficientul Peltier depinde în mod semnificativ de temperatură. Unele valori ale coeficientului Peltier pentru diferite perechi de metale sunt prezentate în tabel.

Valorile coeficientului Peltier pentru diferite perechi de metale
Fier-constantan		Cupru-nichel		Plumb-constantan
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

Coeficientul Peltier, care este o caracteristică tehnică importantă a materialelor, de obicei nu este măsurat, ci este calculat prin coeficientul Thomson:

P = un T

unde P este coeficientul Peltier, a este coeficientul Thomson, T este temperatura absolută.

Descoperirea efectului Peltier a avut o mare influență asupra dezvoltării ulterioare a fizicii și, ulterior, a diferitelor domenii ale tehnologiei.

Deci, esența efectului deschis este următoarea: atunci când un curent electric trece prin contactul a doi conductori din materiale diferite, în funcție de direcția sa, pe lângă căldura Joule, se eliberează sau se absoarbe căldură suplimentară, care se numește Peltier. căldură. Gradul de manifestare a acestui efect depinde în mare măsură de materialele conductorilor selectați și de modurile electrice utilizate.

Teoria clasică explică fenomenul Peltier prin faptul că electronii transferați prin curent de la un metal la altul sunt accelerați sau decelerati de diferența internă de potențial de contact dintre metale. În primul caz, energia cinetică a electronilor crește și este apoi eliberată sub formă de căldură. În al doilea caz, energia cinetică a electronilor scade, iar această pierdere de energie este completată din cauza vibrațiilor termice ale atomilor celui de-al doilea conductor. Ca urmare, are loc răcirea. O teorie mai completă ia în considerare nu modificarea energiei potențiale atunci când un electron este transferat de la un metal la altul, ci schimbarea energiei totale.

Efectul Peltier este observat cel mai puternic atunci când se folosesc semiconductori de tip p și n. În funcție de direcția curentului electric prin contactul semiconductorilor de diferite tipuri - p-n- și n-p-joncțiuni, datorită interacțiunii sarcinilor reprezentate de electroni (n) și găuri (p), și recombinării acestora, energia este fie absorbită. sau eliberat. Ca rezultat al acestor interacțiuni și al proceselor energetice generate, căldura este fie absorbită, fie eliberată. Utilizarea semiconductorilor de tip p și n în frigiderele termoelectrice este ilustrată în Fig. 2.

Orez. 2. Utilizarea semiconductoarelor de tip p și n în frigiderele termoelectrice.

Combinarea unui număr mare de perechi de semiconductori de tip p și n face posibilă crearea de elemente de răcire - module Peltier de putere relativ mare. Structura unui modul Peltier termoelectric semiconductor este prezentată în Fig. 3.

Orez. 3. Structura modulului Peltier

Modulul Peltier este un frigider termoelectric format din semiconductori de tip p și n conectați în serie, formând joncțiuni p-n- și n-p. Fiecare dintre aceste joncțiuni are contact termic cu unul dintre cele două radiatoare. Ca urmare a trecerii unui curent electric de o anumită polaritate, se formează o diferență de temperatură între caloriferele modulului Peltier: un radiator funcționează ca un frigider, celălalt radiator se încălzește și servește la îndepărtarea căldurii. În fig. Figura 4 prezintă aspectul unui modul Peltier tipic.

Orez. 4. Aspectul modulului Peltier

Un modul tipic oferă o diferență semnificativă de temperatură de câteva zeci de grade. Cu răcirea forțată corespunzătoare a radiatorului de încălzire, al doilea radiator - frigiderul - permite atingerea temperaturilor negative. Pentru a crește diferența de temperatură, este posibilă comutarea în cascadă a modulelor termoelectrice Peltier, asigurând în același timp o răcire adecvată. Aceasta permite, prin mijloace relativ simple, să se obțină o diferență semnificativă de temperatură și să se asigure o răcire eficientă a elementelor protejate. În fig. Figura 5 prezintă un exemplu de conectare în cascadă a modulelor Peltier standard.

Orez. 5. Exemplu de conectare în cascadă a modulelor Peltier

Dispozitivele de răcire bazate pe module Peltier sunt adesea numite frigidere Peltier active sau pur și simplu răcitoare Peltier.

Utilizarea modulelor Peltier în răcitoarele active le face mult mai eficiente în comparație cu tipurile standard de răcitoare bazate pe radiatoare și ventilatoare tradiționale. Cu toate acestea, în procesul de proiectare și utilizare a răcitoarelor cu module Peltier, este necesar să se țină seama de o serie de caracteristici specifice care decurg din proiectarea modulelor, principiul lor de funcționare, arhitectura hardware-ului modern al computerului și funcționalitatea sistemului și software de aplicație.

Puterea modulului Peltier este de mare importanță, care, de regulă, depinde de dimensiunea acestuia. Un modul de putere redusă nu asigură nivelul necesar de răcire, ceea ce poate duce la funcționarea defectuoasă a elementului electronic protejat, de exemplu, un procesor din cauza supraîncălzirii acestuia. Cu toate acestea, utilizarea modulelor cu prea multă putere poate face ca temperatura radiatorului de răcire să scadă la nivelul de condensare a umezelii din aer, ceea ce este periculos pentru circuitele electronice. Acest lucru se datorează faptului că apa produsă în mod continuu prin condens poate provoca scurtcircuite în circuitele electronice ale computerului. Este oportun să reamintim aici că distanța dintre conductorii purtători de curent de pe plăcile de circuite imprimate moderne este adesea de fracțiuni de milimetri. Cu toate acestea, în ciuda tuturor, modulele Peltier puternice care fac parte din răcitoarele de înaltă performanță și sistemele suplimentare de răcire și ventilație corespunzătoare au fost cele care au permis KryoTech și AMD, în cercetări comune, să overclockeze procesoarele AMD create folosind tehnologia tradițională la frecvențe care depășesc 1. GHz, adică își măresc frecvența de funcționare de aproape 2 ori față de modul lor normal de funcționare. Și trebuie subliniat faptul că acest nivel de performanță a fost atins, asigurând în același timp stabilitatea și fiabilitatea necesare funcționării procesorului în moduri forțate. Ei bine, rezultatul unei astfel de overclockări extreme a fost un record de performanță în rândul procesoarelor cu arhitectură 80x86 și sistem de instrucțiuni. Și compania KryoTech a făcut bani frumoși prin oferirea pe piață a unităților sale de răcire. Echipate cu componente electronice adecvate, acestea s-au dovedit a fi solicitate ca platforme pentru servere și stații de lucru de înaltă performanță. Și AMD a primit confirmarea nivelului înalt al produselor sale și a materialului experimental bogat pentru îmbunătățirea în continuare a arhitecturii procesoarelor sale. Apropo, studii similare au fost efectuate cu procesoare Intel Celeron, Pentium II, Pentium III, în urma cărora s-a obținut și o creștere semnificativă a performanței.

Trebuie remarcat faptul că modulele Peltier emit o cantitate relativ mare de căldură în timpul funcționării lor. Din acest motiv, ar trebui să utilizați nu numai un ventilator puternic ca parte a răcitorului, ci și măsuri de reducere a temperaturii din interiorul carcasei computerului pentru a preveni supraîncălzirea altor componente ale computerului. Pentru a face acest lucru, este recomandabil să folosiți ventilatoare suplimentare în carcasa computerului pentru a asigura un schimb mai bun de căldură cu mediul din afara carcasei.

În fig. Figura 6 prezintă aspectul unui răcitor activ, care utilizează un modul semiconductor Peltier.

Orez. 6. Aspectul unui cooler cu modul Peltier

Trebuie remarcat faptul că sistemele de răcire bazate pe module Peltier sunt utilizate nu numai în sistemele electronice precum computerele. Astfel de module sunt folosite pentru a răci diverse dispozitive de înaltă precizie. Modulele Peltier sunt de mare importanță pentru știință. În primul rând, acest lucru se aplică cercetărilor experimentale efectuate în fizică, chimie și biologie.

Informații despre modulele și frigiderele Peltier, precum și caracteristicile și rezultatele utilizării acestora, pot fi găsite pe site-urile de internet, de exemplu, la următoarele adrese:

Caracteristici de funcționare

Modulele Peltier, utilizate ca componente pentru răcirea componentelor electronice, se caracterizează printr-o fiabilitate relativ ridicată și, spre deosebire de frigiderele create folosind tehnologia tradițională, nu au piese mobile. Și, după cum sa menționat mai sus, pentru a crește eficiența funcționării lor, acestea permit utilizarea în cascadă, ceea ce face posibilă aducerea temperaturii carcaselor elementelor electronice protejate la valori negative, chiar și cu puterea lor de disipare semnificativă.

Cu toate acestea, pe lângă avantajele evidente, modulele Peltier au și o serie de proprietăți și caracteristici specifice care trebuie luate în considerare atunci când le folosesc ca parte a lichidelor de răcire. Unele dintre ele au fost deja notate, dar pentru aplicarea corectă a modulelor Peltier necesită o analiză mai detaliată. Cele mai importante caracteristici includ următoarele caracteristici de operare:

Modulele Peltier, care generează o cantitate mare de căldură în timpul funcționării lor, necesită prezența radiatoarelor și ventilatoarelor adecvate în răcitor, care pot elimina în mod eficient căldura în exces din modulele de răcire. Trebuie remarcat faptul că modulele termoelectrice se caracterizează printr-un coeficient de performanță (eficiență) relativ scăzut și, îndeplinind funcțiile unei pompe de căldură, ele însele sunt surse puternice de căldură. Utilizarea acestor module ca parte a mijloacelor de răcire pentru componentele electronice ale computerului determină o creștere semnificativă a temperaturii în interiorul unității de sistem, ceea ce necesită adesea măsuri și mijloace suplimentare de reducere a temperaturii din interiorul carcasei computerului. În caz contrar, temperatura crescută din interiorul carcasei creează dificultăți de funcționare nu numai pentru elementele protejate și sistemele de răcire ale acestora, ci și pentru restul componentelor computerului. De asemenea, trebuie subliniat faptul că modulele Peltier reprezintă o sarcină suplimentară relativ puternică pentru sursa de alimentare. Ținând cont de consumul de curent al modulelor Peltier, puterea sursei de alimentare a computerului trebuie să fie de cel puțin 250 W. Toate acestea duc la recomandarea alegerii plăcilor de bază ATX și a carcasei cu surse de alimentare de putere suficientă. Utilizarea acestui design face ca componentele computerului să organizeze mai ușor condiții termice și electrice optime. Trebuie remarcat faptul că există frigidere Peltier cu alimentare proprie.
Modulul Peltier, în cazul defectării acestuia, izolează elementul răcit de radiatorul răcitor. Aceasta duce la o întrerupere foarte rapidă a regimului termic al elementului protejat și la eșecul rapid al acestuia din cauza supraîncălzirii ulterioare.
Temperaturile scăzute care apar în timpul funcționării frigiderelor Peltier cu putere în exces contribuie la condensarea umidității din aer. Acest lucru prezintă un risc pentru componentele electronice, deoarece condensul poate provoca scurtcircuite între componente. Pentru a elimina acest pericol, este indicat sa folositi frigidere Peltier cu putere optima. Dacă apare sau nu condensul depinde de mai mulți parametri. Cele mai importante sunt: temperatura mediului ambiant (în acest caz, temperatura aerului din interiorul carcasei), temperatura obiectului răcit și umiditatea aerului. Cu cât aerul din interiorul carcasei este mai cald și umiditatea este mai mare, cu atât va apărea mai probabil condensul de umezeală și defecțiunea ulterioară a componentelor electronice ale computerului. Mai jos este un tabel care ilustrează dependența temperaturii de condensare a umidității de un obiect răcit, în funcție de umiditate și temperatura ambiantă. Folosind acest tabel, puteți determina cu ușurință dacă există sau nu riscul de condens. De exemplu, dacă temperatura exterioară este de 25°C și umiditatea este de 65%, atunci condensul de umezeală pe obiectul răcit are loc atunci când temperatura suprafeței acestuia este sub 18°C.

Temperatura de condensare a umezelii

Umiditate, %
Temperatura ambiental, °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

În plus față de aceste caracteristici, este necesar să se țină cont de o serie de circumstanțe specifice asociate cu utilizarea modulelor termoelectrice Peltier ca parte a răcitoarelor utilizate pentru răcirea procesoarelor centrale de înaltă performanță ale computerelor puternice.

Arhitectura procesoarelor moderne și unele programe de sistem prevăd modificări ale consumului de energie în funcție de sarcina procesoarelor. Acest lucru vă permite să optimizați consumul lor de energie. Apropo, acest lucru este prevăzut și de standardele de economisire a energiei, susținute de anumite funcții încorporate în hardware-ul și software-ul computerelor moderne. În condiții normale, optimizarea funcționării procesorului și a consumului de energie a acestuia are un efect benefic atât asupra regimului termic al procesorului în sine, cât și asupra echilibrului termic general. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că modurile cu modificări periodice ale consumului de energie pot să nu fie compatibile cu mijloacele de răcire pentru procesoarele care utilizează module Peltier. Acest lucru se datorează faptului că frigiderele Peltier existente sunt în general proiectate pentru funcționare continuă. În acest sens, cele mai simple frigidere Peltier care nu au mijloace de control nu sunt recomandate pentru utilizare împreună cu programe de răcire, precum, de exemplu, CpuIdle, precum și cu sistemele de operare Windows NT/2000 sau Linux.

Dacă procesorul trece la un mod de consum redus de energie și, în consecință, de disipare a căldurii, este posibilă o scădere semnificativă a temperaturii carcasei procesorului și a cristalului. Suprarăcirea nucleului procesorului poate provoca, în unele cazuri, o oprire temporară a funcționării acestuia și, ca urmare, o înghețare permanentă a computerului. Trebuie reamintit că, în conformitate cu documentația Intel, temperatura minimă la care este garantată funcționarea corectă a procesoarelor seriale Pentium II și Pentium III este de obicei de +5 °C, deși, după cum arată practica, acestea funcționează bine la temperaturi mai scăzute.

Unele probleme pot apărea și ca urmare a funcționării unui număr de funcții încorporate, de exemplu, cele care controlează ventilatoarele de răcire. În special, modurile de gestionare a puterii procesorului din unele sisteme informatice implică schimbarea vitezei ventilatoarelor de răcire prin hardware-ul încorporat al plăcii de bază. În condiții normale, acest lucru îmbunătățește semnificativ performanța termică a procesorului computerului. Totuși, în cazul utilizării celor mai simple frigidere Peltier, o scădere a vitezei de rotație poate duce la o deteriorare a regimului termic cu un rezultat fatal pentru procesor din cauza supraîncălzirii acestuia de către modulul Peltier de funcționare, care, pe lângă performanțele sale. funcțiile unei pompe de căldură, este o sursă puternică de căldură suplimentară.

Trebuie remarcat faptul că, ca și în cazul procesoarelor centrale de computer, frigiderele Peltier pot fi o alternativă bună la mijloacele tradiționale de răcire a chipset-urilor video utilizate în adaptoarele video moderne de înaltă performanță. Funcționarea unor astfel de chipset-uri video este însoțită de o generare semnificativă de căldură și, de obicei, nu este supusă unor schimbări bruște în modurile lor de funcționare.

Pentru a elimina problemele cu modurile de consum variabil de energie care provoacă condensarea umidității din aer și posibila hipotermie și, în unele cazuri, chiar supraîncălzirea elementelor protejate, cum ar fi procesoarele computerelor, ar trebui să evitați utilizarea unor astfel de moduri și a unui număr de funcții încorporate. Cu toate acestea, ca alternativă, pot fi utilizate sisteme de răcire care oferă controale inteligente pentru frigiderele Peltier. Astfel de instrumente pot controla nu numai funcționarea ventilatoarelor, ci și pot schimba modurile de funcționare ale modulelor termoelectrice utilizate ca parte a răcitorilor activi.

Exemple de frigidere Peltier

Relativ recent, pe piața calculatoarelor au apărut module Peltier produse pe plan intern. Acestea sunt dispozitive simple, fiabile și relativ ieftine (7 USD-15 USD). De obicei, un ventilator de răcire nu este inclus. Cu toate acestea, astfel de module vă permit nu numai să vă familiarizați cu mijloace de răcire promițătoare, ci și să le utilizați în scopul propus în sistemele de protecție pentru componentele computerului. Iată scurti parametri ai unuia dintre eșantioane.

Dimensiunea modulului (Fig. 7) - 40x40 mm, curent maxim - 6 A, tensiune maximă - 15 V, consum de energie - până la 85 W, diferență de temperatură - mai mult de 60 °C. Oferind un ventilator puternic, modulul este capabil să protejeze procesorul cu o putere disipată de până la 40 W.

Orez. 7. Aspectul frigiderului PAP2X3B

Există pe piață atât versiuni mai puțin, cât și mai puternice ale modulelor Peltier autohtone.

Gama de dispozitive străine este mult mai largă. Mai jos sunt exemple de frigidere în designul cărora sunt utilizate module termoelectrice Peltier.

Frigidere Peltier active de la Computernerd

Nume	Producator/furnizor	Parametrii ventilatorului	CPU
PAX56B	computernerd	rulment cu bile	Pentium/MMX până la 200 MHz, 25 W
PA6EXB	computernerd	rulment dublu cu bile, tahometru	Pentium MMX până la 40 W
DT-P54A	DesTech Solutions	rulment dublu cu bile	Pentium
AC-P2	Cooler AOC	rulment cu bile	Pentium II
PAP2X3B	computernerd	3 rulment cu bile	Pentium II
STEP-UP-53X2	Termodinamica pasului	2 rulmenti cu bile	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	computernerd	3 rulmenti cu bile, tahometru	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier	computernerd	3 rulmenti cu bile, tahometru	Pentium II, Celeron
PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier	computernerd	3 rulmenti cu bile, tahometru	Pentium II, Celeron

Frigiderul PAX56B este proiectat pentru a răci procesoarele Pentium și Pentium-MMX de la Intel, Cyrix și AMD care funcționează la frecvențe de până la 200 MHz. Un modul termoelectric care măsoară 30x30 mm permite frigiderului să mențină o temperatură a procesorului sub 63 °C, cu o putere disipată de 25 W și o temperatură externă de 25 °C. Datorită faptului că majoritatea procesoarelor disipă mai puțină putere, acest cooler vă permite să mențineți temperatura procesorului mult mai scăzută decât multe coolere alternative bazate pe radiatoare și ventilatoare. Modulul Peltier al frigiderului PAX56B este alimentat de o sursă de 5V capabilă să furnizeze maxim 1,5A. Ventilatorul acestui frigider necesită o tensiune de 12 V și un curent de 0,1 A (maximum). Parametri ventilator frigider PAX56B: rulment cu bile, 47,5 mm, 65000 ore, 26 dB. Dimensiunea totală a acestui frigider este de 25x25x28,7 mm. Prețul estimativ al frigiderului PAX56B este de 35 USD. Prețul indicat este dat în conformitate cu lista de prețuri a companiei pentru mijlocul anului 2000.

Frigiderul PA6EXB este proiectat pentru a răci procesoare Pentium-MMX mai puternice, care disipează o putere de până la 40 W. Acest frigider este potrivit pentru toate procesoarele de la Intel, Cyrix și AMD, conectate prin Socket 5 sau Socket 7. Modulul termoelectric Peltier inclus în frigiderul PA6EXB are dimensiunea de 40x40 mm și consumă un curent maxim de 8 A (de obicei 3 A) la o tensiune de 5 B cu conectare printr-un conector de alimentare standard al computerului. Dimensiunea totală a frigiderului PA6EXB este de 60x60x52.5mm. La instalarea acestui frigider, pentru un bun schimb de caldura intre calorifer si mediu, este necesar sa se prevada un spatiu deschis in jurul frigiderului de minim 10 mm in sus si 2,5 mm in lateral. Frigiderul PA6EXB asigură o temperatură a procesorului de 62,7 °C cu o putere de disipare de 40 W și o temperatură externă de 45 °C. Având în vedere principiul de funcționare al modulului termoelectric inclus în acest frigider, pentru a evita condensarea umezelii și scurtcircuitele, este necesar să se evite utilizarea programelor care pun procesorul în modul de repaus pentru o perioadă lungă de timp. Prețul aproximativ al unui astfel de frigider este de 65 USD. Prețul indicat este dat în conformitate cu lista de prețuri a companiei pentru mijlocul anului 2000.

Frigiderul DT-P54A (cunoscut și sub numele de Computernerd's PA5B) este proiectat pentru procesoarele Pentium. Cu toate acestea, unele companii care oferă aceste frigidere pe piață îl recomandă și utilizatorilor Cyrix/IBM 6x86 și AMD K6. Radiatorul inclus in frigider este destul de mic. Dimensiunile sale sunt 29x29 mm. Frigiderul are încorporat un senzor de temperatură care vă va anunța dacă este necesar supraîncălzirea. De asemenea, controlează elementul Peltier. Setul include un dispozitiv de monitorizare extern. Îndeplinește funcțiile de monitorizare a tensiunii și a funcționării elementului Peltier în sine, a funcționării ventilatorului, precum și a temperaturii procesorului. Dispozitivul va genera o alarmă dacă elementul Peltier sau ventilatorul se defectează, dacă ventilatorul se rotește la mai puțin de 70% din viteza necesară (4500 RPM) sau dacă temperatura procesorului crește peste 145°F (63°C). Dacă temperatura procesorului crește peste 100 ° F (38 ° C), elementul Peltier este pornit automat, altfel este în modul de oprire. Această din urmă funcție elimină problemele asociate cu condensul umidității. Din păcate, elementul în sine este lipit de radiator atât de strâns încât este imposibil să-l separăm fără a-i distruge structura. Acest lucru face imposibilă instalarea lui pe un alt radiator, mai puternic. În ceea ce privește ventilatorul, designul său se caracterizează printr-un nivel ridicat de fiabilitate și are parametri înalți: tensiune de alimentare - 12 V, viteza de rotație - 4500 RPM, viteza de alimentare cu aer - 6,0 CFM, consum de energie - 1 W, caracteristici de zgomot - 30 dB. Acest frigider este destul de eficient și util pentru overclocking. Cu toate acestea, în unele cazuri de overclockare a procesorului, ar trebui să utilizați pur și simplu un radiator mare și un cooler bun. Acest frigider are un preț între 39 USD și 49 USD. Prețul indicat este dat în conformitate cu lista de prețuri a mai multor companii de la mijlocul anului 2000.

Frigiderul AC-P2 este proiectat pentru procesoarele Pentium II. Setul include un cooler de 60 mm, un radiator și un element Peltier de 40 mm. Nu este potrivit pentru procesoarele Pentium II de 400 MHz și mai mari, deoarece cipurile de memorie SRAM practic nu sunt răcite. Prețul estimat pentru mijlocul anului 2000 este de 59 USD.

Frigiderul PAP2X3B (Fig. 8) este similar cu AOC AC-P2. Două răcitoare de 60 mm i se adaugă. Problemele cu răcirea memoriei SRAM rămân nerezolvate. Este demn de remarcat faptul că frigiderul nu este recomandat să fie utilizat împreună cu programe de răcire, cum ar fi, de exemplu, CpuIdle, precum și sub sistemele de operare Windows NT sau Linux, deoarece este probabilă condensarea umezelii pe procesor. Prețul estimat pentru mijlocul anului 2000 este de 79 USD.

Orez. 8. Aspectul frigiderului PAP2X3B

Frigiderul STEP-UP-53X2 este echipat cu două ventilatoare care pompează o cantitate mare de aer prin calorifer. Prețul estimat pentru mijlocul anului 2000: 79 USD (Pentium II), 69 USD (Celeron).

Frigiderele din seria Bcool de la Computernerd (PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier, PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier, PAP2CX3B-10S, BCool-EST PC-Peltier) sunt proiectate pentru procesoarele Pentium II și Celeron și au caracteristici similare celor prezentate în tabelul următor.

Frigidere seria BCool

Articol	PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier	PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier	PAP2CX3B-10S BCool-EST PC-Peltier
Procesoare recomandate	Pentium II și Celeron
Numărul de fani	3
Tip ventilator central	Rulment cu bile, tahometru (12 V, 120 mA)
Dimensiunea ventilatorului central	60x60x10 mm
Tip ventilator extern	Rulment cu bile	Rulment cu bile, tahometru	Rulment cu bile, termisor
Dimensiunea ventilatorului extern	60x60x10 mm	60x60x25 mm
Tensiune, curent	12 V, 90 mA	12 V, 130 mA	12 V, 80-225 mA
Zona de acoperire totală a ventilatorului	84,9 cm 2
Curent total pentru ventilatoare (putere)	300 mA (3,6 W)	380 mA (4,56 W)	280-570 mA (3,36-6,84 W)
Numărul de pini de pe radiatorul (centru)	63 lungi și 72 scurte
Numărul de pini de pe radiatorul (fiecare margine)	45 lungi și 18 scurte
Numărul total de pini de pe radiatorul	153 lungi și 108 scurte
Dimensiuni radiator (centru)	57x59x27 mm (inclusiv modulul termoelectric)
Dimensiunile radiatorului (fiecare margine)	41x59x32 mm
Dimensiuni generale radiator	145x59x38 mm (inclusiv modulul termoelectric)
Dimensiunile generale ale frigiderului	145x60x50 mm	145x60x65 mm
Greutatea frigiderului	357 de grame	416 grame	422 de grame
Garanție	5 ani
Preț estimativ (2000)	$74.95	$79.95	$84.95

De menționat că grupul de frigidere BCool va include și dispozitive care au caracteristici similare, dar nu au elemente Peltier. Astfel de frigidere sunt în mod natural mai ieftine, dar și mai puțin eficiente ca mijloc de răcire a componentelor computerului.

La pregătirea acestui articol s-au folosit materiale din cartea „PC: Setări, Optimizare și Overclocking”. Ed. a II-a, revizuită. și suplimentar, - Sankt Petersburg: BHV - Petersburg. 2000. - 336 p.

Portal pentru școlari. Auto-pregătire