Élément Peltier - comment ça marche et comment vérifier et connecter

Le principe de fonctionnement de l'élément Peltier est basé sur sur l'effet Peltier, qui consiste dans le fait que lorsqu'un courant électrique continu traverse une jonction de deux conducteurs différents, de l'énergie est transférée d'un conducteur de transition à un autre, tandis que de la chaleur est dégagée ou absorbée au niveau de la jonction.

La quantité de chaleur dégagée ou absorbée au cours de ce processus sera proportionnelle au courant, au temps de son écoulement, ainsi qu'au coefficient Peltier caractéristique d'une paire de fils soudés donnée. Le coefficient Peltier, à son tour, est égal au coefficient thermoélectrique de la paire multiplié par la température absolue de la jonction à l'instant courant.

Et puisque l'effet Peltier est le plus expressif dans les semi-conducteurs, alors cette propriété est utilisée dans les éléments Peltier semi-conducteurs populaires et abordables. D'un côté de l'élément Peltier, la chaleur est absorbée, de l'autre elle est libérée. Ensuite, nous allons nous intéresser de plus près à ce phénomène.

L'effet physique direct de Peltier a été découvert en 1834.par le physicien français Jean Peltier, et quatre ans plus tard, l'essence de ce phénomène a été étudiée par le physicien russe Emilius Lenz, qui a montré que si des tiges de bismuth et d'antimoine étaient en contact étroit, l'eau coulait au point de contact, puis à travers la jonction courant continu avec une certaine direction, alors si dans la direction initiale du courant l'eau se transforme en glace, alors si la direction du courant change dans le sens contraire, alors cette glace fondra rapidement.

Dans son expérience, Lenz a clairement démontré que la chaleur Peltier est absorbée ou libérée en fonction de la direction du courant à travers la jonction.

Vous trouverez ci-dessous un tableau des coefficients Peltier pour trois paires de métaux populaires. Soit dit en passant, l'effet opposé à l'effet Peltier est appelé effet Seebeck (lorsque lors du chauffage ou du refroidissement des jonctions d'un circuit fermé, électricité).

Alors pourquoi l'effet Peltier se produit-il ? La raison en est qu'au point de contact de deux substances, il existe une différence de potentiel de contact qui génère un champ électrique de contact entre elles.

Si un courant électrique circule maintenant à travers le contact, ce champ aidera le courant à circuler ou l'empêchera. Par conséquent, si le courant est dirigé contre le vecteur de force de champ de contact, la source de la force électromotrice appliquée doit faire le travail et l'énergie de la source est libérée au point de contact, ce qui la fera chauffer.

Si le courant de la source est dirigé le long du champ de contact, il est, pour ainsi dire, en outre soutenu par ce champ électrique interne, et maintenant le champ effectuera un travail supplémentaire pour déplacer les charges. Cette énergie est maintenant retirée de la substance, ce qui provoque en fait le refroidissement de la jonction.

Donc, puisque nous savons que des paires de semi-conducteurs sont utilisées dans les éléments Peltier, quel processus est utilisé dans les semi-conducteurs ?

C'est simple, ces semi-conducteurs diffèrent par les niveaux d'énergie des électrons dans la bande de conduction. Lorsqu'un électron traverse la jonction de ces matériaux, l'électron gagne de l'énergie de sorte qu'il peut se déplacer vers une bande de conduction d'énergie plus élevée d'une autre paire de semi-conducteurs.

Lorsque l'électron absorbe cette énergie, le point de contact semi-conducteur se refroidit.Lorsque le courant circule dans le sens opposé, le point de contact semi-conducteur s'échauffe, en plus de la chaleur Joule habituelle. Si des métaux purs étaient utilisés à la place des semi-conducteurs dans les cellules Peltier, l'effet thermique serait si faible que le chauffage ohmique le dépasserait largement.

Dans un véritable convertisseur Peltier, tel que le TEC1-12706, plusieurs parallélépipèdes de tellurure de bismuth et de silicium et de germanium en solution solide sont montés entre deux substrats en céramique, soudés ensemble dans un circuit en série. Ces paires de semi-conducteurs de type n et p sont reliées par des cavaliers conducteurs qui sont en contact avec les substrats céramiques.

Chaque paire de petits parallélépipèdes semi-conducteurs forme un contact pour faire passer le courant d'un semi-conducteur de type n à un semi-conducteur de type p d'un côté du convertisseur Peltier, et d'un semi-conducteur de type p à un semi-conducteur de type n de l'autre côté du le convertisseur.

Lorsque le courant parcourt tous ces parallélépipèdes connectés en série, alors, d'une part, tous les contacts ne sont que refroidis, et d'autre part, tous ne sont que chauffés. Si la polarité de la source change, les côtés changeront leur les rôles.

Selon ce principe, l'élément Peltier fonctionne, ou, comme on l'appelle aussi, le convertisseur thermoélectrique Peltier, où la chaleur est prélevée d'un côté du produit et transférée à son côté opposé, tandis qu'une différence de température est créée des deux côtés de l'élément.

Il est même possible de refroidir davantage le côté chauffant de l'élément Peltier à l'aide d'un dissipateur thermique avec un ventilateur, la température du côté froid sera alors encore plus basse. Dans les cellules Peltier largement disponibles, la différence de température peut atteindre environ 69 °C.

Pour vérifier la santé de l'élément Peltier, une pile de type doigt suffit. Le fil rouge de la cellule est connecté à la borne positive de l'alimentation, le fil noir au négatif. Si l'élément fonctionne correctement, le chauffage se produira d'un côté et le refroidissement de l'autre, vous pouvez le sentir avec tes doigts. La résistance d'un élément Peltier classique est de l'ordre de quelques ohms.