Celem przeprowadzonego ćwiczenia było poznanie podstawowych zjawisk termoelektrycznych w materiałach przewodzących i półprzewodnikowych, konstrukcji, materiałów i technologii modułu chłodzącego oraz sposobu wyznaczania jego podstawowych parametrów.
Badanie modułu chłodzącego
Badanie polega na wyznaczaniu temperatury mostków zimnych (izolowanych cieplnie od otoczenia i gorących (chłodzonych radiatorem) , dla różnych warunków zasilania elektrycznego modułu. Schemat układu pomiarowego przedstawia rys.1.
Opis modułu chłodzącego:
- prąd maksymalny: 6 A
- napięcie maksymalne: 15 C
- maksymalna różnica temperatur: 68 st. C
- liczba termoelementów: 127
- rezystancja: 2,1 Ω
- skuteczność chłodzenia: 2,8∗10−21𝐾
- wymiary: 40 x 40 x 3,8 mm
Pomiar wyników przedstawiony w tabeli
Lp. | U | I | ϑg | ϑz | Tg | Tz | ΔT |
---|---|---|---|---|---|---|---|
V | A | K | K | K | |||
1 | 0 | 0 | 23,1 | 22,9 | 296,25 | 296,05 | 0,2 |
2 | -2,23 | 0,47 | 23,6 | 13,7 | 296,75 | 286,85 | 9,9 |
3 | -3,93 | 0,9 | 23,9 | 7,9 | 297,05 | 281,05 | 16 |
4 | -6,2 | 1,48 | 24,5 | -2,6 | 297,65 | 270,55 | 27,1 |
5 | -7,71 | 2 | 25,1 | -5,9 | 298,25 | 267,25 | 31 |
6 | -9,15 | 2,51 | 25,8 | -10,7 | 298,95 | 262,45 | 36,5 |
7 | -10,75 | 3 | 26,6 | -13,14 | 299,75 | 260,01 | 39,74 |
8 | -12,26 | 3,5 | 28,1 | -16,5 | 301,25 | 256,65 | 44,6 |
9 | -13,72 | 4 | 29,6 | -17,1 | 302,75 | 256,05 | 46,7 |
10 | -15,15 | 4,5 | 31,3 | -16,6 | 304,45 | 256,55 | 47,9 |
11 | -16,54 | 5 | 32 | -15,5 | 305,15 | 257,65 | 47,5 |
12 | -18,1 | 5,5 | 34 | -13,3 | 307,15 | 259,85 | 47,3 |
13 | -19,75 | 6 | 36 | -10,8 | 309,15 | 262,35 | 46,8 |
Oszacować prąd optymalny I0, dla którego ΔT osiąga maksimum, a ϑz -minimum.
I0 = 4A
Obliczyć skuteczność chłodniczą modułu.
Z = 0,001461 1/K
Obliczyć jednostkową siłę termoelektryczną modułu chłodzącego.
αm = 0,115036 V/K
Obliczyć jednostkową siłę termoelektryczną pojedynczego termoelementu .
α = 0,000906 V/K
Obliczyć całkowitą rezystancję modułu chłodzącego.
Rm = 2,321583 Ω
Obliczyć moc chłodzącą (Peltiera ) modułu dla optymalnego prądu I0.
Pp= 117,8198 W
Obliczyć moc pobieraną przez moduł chłodzący ze źródła zasilającego (dla I0).
P = 54,88 W
Wykreślone charakterystyki zgadzają się z przebiegami teoretycznymi.
Z pomiarów wynika że od wartości prądu I=4A zdolność modułu do chłodzenia zaczyna się obniżać. Przyczyną tego jest zjawisko Joule’a. Które powoduje że ilość ciepła generowanego przez przepływający prąd zaczyna przeważać nad zjawiskiem odbierania ciepła Peltiera.