Prakticky každý, koho osloví bastlení (nejen) s Arduinem, později narazí na součástku jménem peltierův článek. Komponent na bázi tepelného čerpadla nachází využití například v termoelektrických autochladničkách. Jak přesně funguje, jaké jsou jeho výhody i nevýhody a možnosti využití? Odpovědi na nejčastější otázky najdete v tomto článku.
Základní charakteristika
Peltierův článek získal jméno po Peltierovu jevu, na jehož principu funguje. Jedná se o fyzikální jev, který v roce 1834 objevil francouzský fyzik Jeanu C. Peltier. Podstatou je vznik teplotních rozdílů mezi dvěma spoji různých kovů nebo polovodičů, a to následkem přiváděného napětí. Zjednodušeně jde o protiklad k Seebeckovu jevu, v rámci kterého se rozdíl teplot využívá pro vznik napětí. Peltierův jev je zajímavý především pro chladicí efekt.
Peltierův článek tedy pracuje následovně: proud procházející obvodem se dvěma rozdílnými, sériově zapojenými vodiči (obvykle se jedná o tellur a bismut) způsobuje to, že se jedna styčná plocha zahřívá a druhá ochlazuje. Jak je to možné? Vysvětlení je nasnadě – elektrony přecházejí z materiálu s větší výstupní prací do materiálu s menší výstupní prací a v místě, kde se stýkají, je se pohybují s menším odporem. Přebytek kinetické energie se uvolňuje ven formou tepla.
Kromě toho, že se Peltierův článek využívá jako tepelné čerpadlo, nachází využití i při výrobě elektřiny, kdy při zahřívání a chlazení rozdílných stran dochází ke vzniku proudu. Napětí dosahuje desetin až jednotek V v závislosti na teplotním rozdílu. Výstupní odpor článku je poměrně malý.
Jak Peltierův článek vypadá?
Součástka se skládá ze dvou stran – jedna topí a druhá chladí. Běžně se vyrábí v různých rozměrových variantách s rozdílnými parametry. Destičky jsou velké 10×10 až 60×60 mm a tloušťka článku činí cca 3 až 6 mm. Hodnota chladicího výkonu může dosahovat desetinu i stovky wattů. Součástky jsou konstruovány pro maximální rozdíl teplot mezi 60 až 75 °C s tím, že v případě udržování teplého konce na 30 °C, může být studený -30 až -45 °C.
Účinnost Peltierova článku je poměrně nízká, běžný poměr topicího/chladicího výkonu je 1,5-2,5. Těchto hodnot dosahuje při nulovém rozdílu teplot. Tento poměr je přímo úměrný rozdílu teplot. Čím je vyšší, tím je nižší účinnost článku.
Výhody a nevýhody
Peltierův článek ke velmi kompaktní součástka, mezi jejíž největší výhody patří okamžitý efekt chlazení/topení, možnost jednoduché regulace výkonu a dosažení nízkých teplot. Tím však výčet benefitů nekončí, na pomyslném seznamu by neměla chybět zmínka o absolutně tichém provozu, dlouhé životnosti a v neposlední řadě také o možnosti usměrnění chlazení na velmi malou plochu (třeba i preparátu na podložním sklíčku mikroskopu…). Tok tepla je možné změnit pouhou změnou směru elektrického proudu.
Nicméně žádný komponent není bezchybný a také v případě Peltierova článku musíte počítat s určitými nevýhodami. Pro součástku je typické přehřívání a velká spotřeba proudu. V případě potřeby většího chladícího výkonu je využití článku nákladné – účinnost je oproti kompresorovému chlazení citelně nižší.
Zmíněné výhody předurčily Peltierovy články k masovému využití v mnoha oblastech – ve vědě, lékařství i v průmyslu. Kromě zmíněných autochladniček se v současné době používají například v počítačové technice a elektronice – kamerách a fotoaparátech.
Kde Peltierův článek seženete?
Napadlo vás, že si vyrobíte třeba minichladničku? Peltierův článek chlazení zvládne – společně s dalšími potřebnými komponenty ho seženete ve specializovaném e-shopu Laskarduino.
