Термоэлектрический эффект Пельтье

При пропускании электрического тока через место спайки двух проводников (полупроводников) возникает так называемый термоэлектрический эффект Пельтье. Он сопровождается либо поглощением, либо выделением тепла. Каждый проводящий материал можно характеризовать величиной его термо-ЭДС (p).

Формула:

отражает взаимосвязь выделяемого тепла на спае с величиной термо-ЭДС проводников (p2, p1), окружающей температурой (T, в Кельвинах) и проходящим током (I). Если разница (p2 − p1) положительна и направление тока через спай 1 положительно, то на первом спае будет происходить выделение тепла. А в месте второго спая, соответственно, поглощение. Но эта формула не учитывает, что максимальный перепад температур в месте спайки ограничен. Вследствие эффекта Джоуля (рассеивания тепла в проводниках, пропорционального удельному сопротивлению ρ₁, ρ₂), а также ненулевой теплопроводности материалов (k1, k2) получаем верхний предел разности температур:

T макс = T 1 – T 2 = 1 2 ( p 2 – p 1 ) 2 ( k 1 + k 2 ) ( ρ 1 + ρ 2 ) · T

Причем величину Z = (p2 − p1)² / (k1 + k2)(ρ₁ + ρ₂) называют добротностью системы. То есть для достижения наибольшей разницы температур необходимо подобрать такие материалы, которые образуют систему с максимальной добротностью. Если термопара используется для охлаждения, то для эффективной работы необходимо обеспечить беспрепятственное рассеивание тепловой мощности на 1 спае. Интересно отметить, что если охлаждающая способность одного модуля термопары недостаточна, то возможно каскадное соединение нескольких модулей.