Cel ćwiczenia:

Określanie wydajności chłodniczej pompy P_chł , współczynnika wydajności chłodniczej N_chł oraz wydajności grzewczej pompy P_grzew i współczynnika wydajności chłodniczej N_grzew.

Wprowadzenie teoretyczne:

Gdy prąd elektryczny przepływa przez obwód złożony z dwu różnych przewodników, to ciepło będzie się uwalniać na jednym złączu, a na drugim będzie ulegać pochłanianiu, zależnie od kierunku przepływu prądu (efekt Peltiera). Ilość ciepła Q uwalnianego w jednostce czasu jest proporcjonalna do prądu I płynącego przez złącze.

Jeżeli prąd elektryczny I płynie w jednorodnym przewodniku w kierunku gradientu temperatury to ciepło będzie absorbowane (pochłaniane) lub wydzielane zależnie od rodzaju materiału (efekt Thompsona). Kierunek w którym ciepło przepływa zależy od znaku współczynnika Thompsona, kierunku w którym płynie prąd i od kierunku gradientu temperatury.

Jeżeli prąd elektryczny I płynie przez przewodnik o rezystancji R, to pojawia się ciepło Joulle'a.

Ze względu na przewodzenie ciepła, ciepło przepływa również ze strony gorącej do strony zimnej

Moc chłodzenia dla I = 2A

a = 0,03528	Δa = 0,00519
b = 10,13889	Δb = 1,75259
Współczynnik korelacji: 0,93188

Moc grzewcza dla I = 2

a = 0,045	Δa = 0,00449
b = -32,68182	Δb = 4,12654
Współczynnik korelacji: 0,95806

Moc chłodzenia dla I = 4A

a = 0,07	Δa = 0,0057
b = 14,22222	Δb = 1,92514
Współczynnik korelacji: 0,97756

Moc grzewcza dla I = 4A

a = 0,11424	Δa = 0,00994
b = -92,36364	Δb = 9,14607
Współczynnik korelacji: 0,96756

OBLICZENIA

Moc chłodzenia dla I = 2A

P_chł = a * C _tot

P_chł = 0,03528 * 1100J/kg*K = 38,808W ~ 38,81W

ΔP = Δa * C _tot = 0,00519 * 1100J/kg*K = 5,709W ~ 5,7W

P_chł = 38,8W ± 5,7W

P_el = U * J U = 9,51V

P_el = 9,51V * 2A =19,02W

N_chł = P_chł / P_el = 2,04

Moc grzewcza dla I = 2A

P_grzew = a * C _tot

P_grzew = 0,045 * 1100J/kg*K = 49,5W

ΔP = Δa * C _tot = 0,00449 * 1100J/kg*K = 4,939W ~ 4,9W

P_grzew = 49,5W ± 4,9W

P_el = U * J U = 8,02V

P_el = 8,02V * 2A =16,05W

N_grzew = P_grzew / P_el = 3,08

Moc chłodzenia dla I = 4A

P_chł = a * C _tot

P_chł = 0,07 * 1100J/kg*K = 77W

ΔP = Δa * C _tot = 0,0057 * 1100J/kg*K = 6,27W ~ 6,3W

P_chł = 77W ± 6,3W

P_el = U * J U = 20,6V

P_el = 20,6V * 4A =82,4W

N_chł = P_chł / P_el = 0,93

Moc grzewcza dla I = 4A

P_grzew = a * C _tot

P_grzew = 0,11424 * 1100J/kg*K = 125,664W ~ 125,66W

ΔP = Δa * C _tot = 0,00994 * 1100J/kg*K = 10,934W ~ 10,9W

P_grzew = 125,6W ± 10,9W

P_el = U * J U = 15,81V

P_el = 15,81V * 4A =63,24W

N_grzew = P_grzew / P_el = 1,99

Wnioski:

W pompie Peltiera na zmianę nagrzewają się lub ochładzają płytki.

To, która płytka nagrzewa/ochładza się w danej chwili, uzależnione jest od kierunku przepływu prądu.

Szybkość nagrzewania/chłodzenia płytek zależy od wielkości natężenia prądu. Przy natężeniu I = 4A płytki nagrzewały/ochładzały się szybciej, niż przy natężeniu I = 2A.

Przy większym natężeniu (tzn. I = 4A) wydajność chłodnicza pompy wzrastała, i wynosiła P_chł = 77W, niż przy natężeniu I = 2A. To samo obserwujemy przy wydajności grzewczej pompy P_grzew.

Współczynniki wydajności chłodniczej i grzewczej, zależą od wielkości natężenia, im natężenie jest większe to współczynnik jest mniejszy, a gdy natężenie jest mniejsze to współczynnik wzrasta. W doświadczeniu występuje zależność między ΔT i napięciem U. Wraz ze wzrostem ΔT, wzrasta również napięcie U, a więc jest to zależność liniowa.

Taki termogenerator może być wykorzystywany do chłodzenia lub do ogrzewania np.: pomieszczeń, stosowany jako klimatyzacja, chłodziarki itp.