Czym jest i jak działa ogniwo Peltiera?
Ogniwo bądź też moduł Peltiera to półprzewodnikowy moduł termoelektryczny pozwalający na transport ciepła pomiędzy dwiema stronami. Strony te ograniczone są cienkimi płytkami ceramicznymi, pomiędzy którymi naprzemiennie zostają umieszczone półprzewodniki – typu „p” oraz typu „n”. Dzięki blaszkom miedzianym, półprzewodniki są ze sobą połączone szeregowo pod względem elektrycznym. Po przyłączeniu ogniwa do źródła prądu elektrycznego, następuje pochłanianie ciepła po jednej stronie oraz jego przekazywanie na stronę przeciwległą. Odbywa się to ze względu na niedobory i nadmiary elektronów na górnych poziomach energetycznych w strukturze półprzewodników.
Co bardzo istotne, ilość pochłanianego i oddawanego ciepła zależy od przyłożonego natężenia prądu, dzięki czemu można bardzo łatwo regulować temperaturę, jaką chcemy uzyskać. Wraz ze wzrostem natężenia (w określonych granicach) zwiększa się różnica temperatur uzyskana na dwóch równoległych płaszczyznach. Z tego właśnie względu moduły Peltiera wykorzystywane są w sytuacjach, które wymagają utrzymania bardzo precyzyjnej temperatury, ponieważ można dokładnie wyliczyć różnicę temperatur będącą następstwem przyłożenia do obwodu z modułem Peltiera prądu o określonym natężeniu. Dodatkową zaletą jest fakt, że Ogniwa Peltiera można łączyć, przykładając „gorącą” stronę jednego modułu do strony „zimnej” modułu kolejnego, maksymalizując w ten sposób efekt chłodzący.
Wykorzystanie ogniwa Peltiera w praktyce
Moduły termoelektryczne znajdują szerokie zastosowanie zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak przemysłowych oraz domowych. Wykorzystywane są między innymi:
- do chłodzenia próbek biologicznych
- przy transporcie tkanek;
- w komorach klimatycznych stosowanych przy krioterapii;
- do chłodzenia elementów elektronicznych, w tym procesorów komputerowych, generatorów wysokiej mocy;
- w urządzeniach do chłodzenia wina i piwa;
- w przenośnych lodówkach.
Ogniwa Peltiera mogą również zostać wykorzystane do produkcji prądu elektrycznego. Zgodnie ze zjawiskiem Seebecka, jeśli złącza dwóch różnych półprzewodników lub metali znajdą się w różnych temperaturach, zainicjuje to przepływ prądu. Półprzewodnikowa budowa modułów termoelektrycznych pozwala w tym zakresie osiągnąć znacznie wyższą wydajność niż wykorzystanie zwykłych metali.
