温度が下がる魔法のような電子部品「ペルチェ素子」を使ってみる｡

温度が下がる魔法のような電子部品「ペルチェ素子」を使ってみる｡

本视频由 DigiKey 提供。 珀尔帖元件，一种相当神秘的电子元件。 你们可能至少都听说过这个名字。 通电时会产生热量 另一个有趣的特性是冷。 电子设备 这一次，使用的是这种珀尔帖元件。 我们将进行一系列试验。 首先，请允许我介绍今天的赞助商 DigiKey。 说吧 您知道 DigiKey 有一个日语频道吗？ 有各种视频系列。 其中包括使用 Arduino 微控制器。 该系列值得推荐。 非常适合初学者，每个人都能轻松理解。 一步一步来 开始使用 Arduino 微控制器 什么是微型计算机？ 如何编写计划 电子元件连接和控制方法，例如 学习微控制器和编程。 你可以学习电子工程。 暑假期间免费研究 您还可以尝试使用 Arduino 顺便提一下，从七月中旬开始，在 DigiKey 频道上。 新的儿童系列也即将推出。 也看看那个！ 在这里获取电源。 我会在那里连接珀尔帖元件。 温度与室温相同，因为此时没有电流。 我会尽快把电流接通。 来了 天气一下子变得寒冷起来。 从冷表面的温度来看，大约为 10°C。 如果你看看产生热量的表面。 大约 55°C 左右。 寒冷的表面相当冰冷。 我们将看到改变电流流向时会发生什么。 这里有字迹的一侧是温度较低的一侧。 尝试改变电流的极性。 然后对刻字所在的表面进行加热。 对面 没有字母的一方是 结果，天气变冷了。 当电流以这种方式通过珀尔帖元件时 一侧加热 另一侧现在是冰冷的。 珀尔帖元件就是以这种方式工作的。 这是利用珀尔帖效应实现的。 当电流通过不同类型金属的交界处时。 热量从一种金属传递到另一种金属。 这就是珀尔帖效应。 在刚才描述的实验中，一边加热。 他说另一边很冷。 因此，这实际上是热传递。 换句话说，珀尔帖元件是一种通过电流的装置。 产生温差的电子元件。 实际的珀尔帖元件并非金属对金属结。 使用金属半导体结。 制造珀尔帖元件。 顺便提一下，这是日语。 这就是所谓的珀尔帖元件。 Thermoelectric Cooler（半导体制冷片）的英文名称。 例如，TEC。 我们也称之为珀尔帖装置或类似装置。 搜索零件时可将其作为参考 这样就制备出了 P 型和 N 型半导体。 我们把它与金属连接起来，就像这样。 我们要让电流通过它。 然后开始传热。 有了这种连接，热量就会向这个方向移动。 下表面在这里吸收热量，即冷却。 并转移热量。 这样，上侧就可以散热了。 我是说，会很热。 如果改变刚才在实际的珀尔帖元件中流动的电流方向。 正如我所想的那样，产生热量的表面发生了变化。 这意味着什么？ 热量传播的方向发生了变化。 与早些时候相反。 这样，上表面就可以通过吸热来冷却。 吸收的热量随后会传递到下面的表面。 这边更暖和。 我们目前看到的是珀尔帖元件。 看起来是个不错的组件。 要真正尝试使用它是一个相当大的挑战。 这是因为珀尔帖元件本身产生的热量是 因为它很大。 消耗几瓦到几十瓦的功率 除了因珀尔帖效应而产生的热传递外 人体在这里产生的热量也被称为人体在这里产生的热量。 我们必须让他们离开。 换句话说，就是在可以散热的表面上散热。 这变得非常重要。 我们来看看散热究竟有多重要。 接通电源。 开始变冷了 气温已降至约 10°C。 当然，另一侧的温度更高。 让我们暂时就这样吧。 注意温度。 气温逐渐升高。 温度上升，上升，上升。 气温从之前的 10°C 升至 20°C。 另一侧相当热。 温度升至 69°C。 我看的是冷表面的温度。 天气越来越热了 温度高于室温。 散热非常重要。 为什么会这样？ 珀尔帖元件能传导电流。 我们只是在双方之间制造温差。 因此，如果散热表面无法散热。 吸热的待冷却表面的温度为 它一直在上升，不断上升。 随着温度不断升高 最坏的情况是，内部使用的珀尔帖元件会损坏。 因此，散热非常重要。 如果使用像这样的大型散热片进行强制空气冷却… 珀尔帖元件吸热面的温度约为 -30°C。 相当冷 温度计似乎无法测量低于此值的温度。 像这样的两层珀尔帖元件。 我还可以散热。 降温可能出乎意料地困难。 让热量从这里散发出去。 我们必须再释放一层热量。 需要两级散热 珀尔帖元件必须进行两级冷却，因此 我认为这是一个需要大量专业知识的地方。 尤其是夹在中间的珀尔帖元件。 我认为这是整个过程中相当重要的一部分。 冷却第一层顶部的珀尔帖元件 中间是珀尔帖元件。 也许一块还不够。 你必须使用三到四张纸才能把热量正常散发出去。 进一步降低温度似乎很难。 到目前为止，电流是通过珀尔帖元件的。 这样做的目的是产生温差。 我一直按正常方式使用。 我们今天就从这里开始。 反之，通过为珀尔帖元件提供温差。 它还能发电。 反向使用。 将这种珀尔帖元件用作发电元件 我们将研究可以产生多少电力。 现在，珀尔帖元件不受任何温差的影响。 因此产生的电压也为零。 在这里，一侧被加热以产生温差。 如果这样做 某种电压正在产生。 通过这种方式提供温差。 电压来自珀尔帖元件。 换句话说，它们能发电。 但是，如果给出温差后时间已过。 温度被传送到珀尔帖元件的另一侧。 热平衡 这将导致发电电压下降。 如果双方都受到这种温度的影响…… 输出电压将下降。 珀尔帖元件还可用于发电。 这意味着我们需要一个温差。 这是一种通过在珀尔帖元件上施加温差来发电的现象。 这是因为塞贝克效应。 电能通过珀尔帖元件产生。 因此，只需一个珀尔帖元件。 发电的电压很低。 我们给出的温差约为 10°C。 仅产生约 0.1 V 的电压。 因此，这次总共使用了六个珀尔帖元件。 发电。 顺便提一下，珀尔帖元件是从 DigiKey 购买的。 今日赞助商 我们将组装发电设备，但… 首先，准备好这个大散热器。 它是巨大的。 在这个散热片上。 珀尔帖元件排列整齐。 看起来是这样的 我将在这里大致对齐。 这一侧可以更好地传热。 涂上一层热扩散硅胶。 所以你就贴上去了。 它不是电器或精密仪器之类的东西。 油漆的用量非常合适。 如果涂抹太多，热传导就会受到影响。 如果下次涂抹的量太少 这是一种效果不佳的热传递方式。 均匀地涂上薄薄一层。 提高附着力。 从上方施加稍高和稍强的压力。 如果用力过猛 珀尔帖元件表面的陶瓷会裂开。 我会按照一定的方式去做。 散热片一侧有一个热源。 而另一边，虽然现在什么都没有摆放。 这里还需要放置一个热源。 我们将用它作为热源。 这些蝙蝠用来装糖果和其他食品。 我这样说吧。 这次是把冰水放进去。 产生温差 热传导在这方面也很重要。 我们要涂抹一定量的热油脂。 这种导热油脂很难从手指上去除。 还剩下不少。 用洗涤剂清洗并不容易。 总是无水乙醇？ 我用乙醇消毒剂来清除。 我已经给剩下的那只上完漆了。 在上面再盖上一个热源就大功告成了！ 这次，所有珀尔帖元件都串联在一起。 将所有珀尔帖元件像这样挨着连接起来。 那就完了！ 首先是蝙蝠部分。 加入冰水降低温度。 下面的散热片该怎么处理？ 你可以把蜡烛放在这里。 也就是说，上表面被冷却，下表面被加热。 温差产生热量。 它就是这样一种配置的珀尔帖元件发电装置。 首先制作冰水。 少许水和大量冰块。 我还放了一些更小更小的冰块，就像这样。 仅靠冰水无法将温度降至 0°C 以下。 这就是我们的秘密武器。 白光盐 使用 Hakko 盐将温度降至 0 °C 以下。 气温像这样-4℃或-5℃。 因为温差很重要。 下一步是在散热片下面放一根蜡烛。 像这样点火 毕竟天气很暖和。 我们将在下文中介绍。 火的布置要均匀。 我们将立即测量发电时的电压。 电压输出正常。 现在是 4.91 V。 我希望你们仔细看看这一代人的电压。 发电电压越来越高 我只是想知道是否会上涨。 我觉得会涨一点。 为什么会这样？ 因为温差越来越大。 让冰水再流动一下。 当温度降低时 你可以很清楚地看到其中的差别。 我之前用的是 5V。 温度差距进一步扩大。 电压增至 7 V。 这表明，温差不利于发电。 可见，这是一个非常重要的因素。 停止搅拌会发生什么？ 温差越来越小。 因此，发电电压也会逐渐降低。 顺便提一下，散热器的温度。 52°C. 只是摸起来有点烫。 因为它是金属，导热性相当好。 不能长时间触摸 该发电机组的发电能力。 我们将简要回顾一下。 我们将检查这里的蓝色 LED 是否发光。 开路电压约为 5 V。 连接一个 LED。 电压有点下降。 但 LED 灯的亮度很高。 顺便提一下，LED 有 我将电流设置为每单位约 20 mA。 下两个 第二个也顺利发光。 只是为了连接负载。 发电机电压很低。 接下来是三 电压进一步降低。 4.2 V. 第四个 近 4V 这是第五个，也是最后一个。 发光二极管发光正常。 我可以把 LED 连接到发电机上，让它发光。 然而，这种发电机的发电能力似乎很低。 连接负载时 电压越来越低。 顺便提一下，如果在这种状态下搅拌冰水 温差可能很大。 发电电压越来越大。 毕竟，这种温差似乎相当重要。 如果连接的负载稍重。 我们也将拭目以待。 这些微型四轮驱动车的发动机就是重型负载。 连接负载如何？ 不知道它会不会转动。 旋转的 我们想通了。 不过，这种发电机的电压是 超速下降。 开路电压为 5 V。 连接负载时 降至约 0.7 V。 他们越来越转不动了。 我认为这是因为温差不够大。 混合时产生温差。 电压更高。 转向的力量越来越强大。 震动相当强烈。 太棒了，太棒了，太棒了，太棒了。 我现在正试着让这种 "wien "音靠近麦克风。 它旋转得相当剧烈。 下一步是使用珀尔帖元件的电子负载。 我们测试了可以消耗多少电能。 以下是实验结果。 横轴为发电机组的输出电压。 纵轴为负载电流和负载功率。 珀尔帖元件分为六个系列。 可输出 8 V 的高压。 它的单位电压似乎为 1.3 V。 从电流开始。 输出电压为 8 V。 输出电压逐渐降低。 在几乎短路的情况下，似乎可以达到约 500 mA 的电流。 其次是输出功率。 像这样画出像山一样的形状。 来自六个系列的珀尔帖元件。 最耗电的地方 输出电压为 5 V。 可消耗 1.2 W 的功率。 电压高于该值的地方。 电流减小了，功率也就变小了。 相反，电流过大 电压会变小，功率也会变小。 以这种方式将其用作发电机 有一个合适的地方。 光伏技术也有类似的特点。 很不错。 下一步是计算该发电系统的发电效率。 燃烧蜡烛和 利用从珀尔帖元件中汲取的能量。 计算效率。 顺便提一下，关于这次冰水提供的能量 不包括在计算中。 这次要测量的是 而不是珀尔帖元件的纯发电效率。 整个系统的发电效率。 首先，计算蜡烛燃烧时的热能。 制作蜡烛的原料石蜡是 每克大约有 40k-50kJ 的热量。 因此，我们将使用 40 kJ/g 进行计算。 首先，如果同时燃烧六根蜡烛。 我想计算一下需要多少瓦特的功。 六根蜡烛燃烧 10 分钟。 测量损失的质量。 因此，重量减少了 2.85 克。 时间为 10 分钟。 由此可以计算出功 率，即瓦特。 每克石蜡热值 40 千焦。 而当他们燃烧 10 分钟时，他们损失了 2.85 克。 这相当于 180 瓦。 这是燃烧六根蜡烛的功耗。 相比之下，珀尔帖元件的输出量 最大功率值为 1.2 W。 如果把这个功率除以 180 瓦会怎样？ 这意味着效率大约为 0.6%。 效率非常低。 效率低的原因是 我认为有几种。 首先，蜡烛的热量… 它没有很好地转移到散热器上，而是逃逸到了大气中。 这可能是效率低下的首要原因。 除此之外，蜡烛的热量会传递到散热器上。 热量通过珀尔帖元件传递。 它还会进一步传递到冰水中。 因此，很多热量都跑掉了，所以…… 尽管发电效率已经降低。 珀尔帖元件作为独立装置的发电效率为 我觉得这有点贵。 是在百分之几的范围内吗？ 等实验装置中。 珀尔帖装置发电是一种 这似乎不太实际。 例如，它可用于为可穿戴设备的电池充电。 例如从环境中提取微量电能。 类似能源收集的用途。 我认为它非常适合 Peltier 元件。 它目前似乎不适合大规模发电。 与其他发电方法的比较 例如，在本实验中，热能被转化为电能。 让我们以火力发电为例。 上越火力发电厂 1 号机组于 2022 年开始运行。 其发电效率为 63.62%。 这是一项吉尼斯发电效率记录。 毕竟，要将热能转化为电能 吹出水蒸气或燃烧气体。 转动涡轮机的想法是… 目前看来，它的效率最高。 然后，就像珀尔帖元件一样。 基于半导体的发电系统如何？ 用于光伏发电的太阳能电池板也是 利用 P 型和 N 型半导体的结点产生电能。 大规模生产的光伏设备的效率约为 20%。 在实验室层面，这一比例在 40% 左右。 与珀尔帖元件相比，价格相当昂贵。 这就是为什么本期 通过使用珀尔帖元件进行实验来了解珀尔帖效应和 塞贝克效应也已通过测试。 珀尔帖元件也可用作热源。 有趣的电子元件，还可用作发电元件。 作为暑假期间的免费研究项目。 我认为这将是一个有趣的话题。 你们都可以做不同的尝试。 请尝试制作这样的作品。 如果您觉得本视频有用 请发表评论、给予高度评价并订阅我们的频道！ 感谢您将视频观看到底。

✅ DigiKey (ディジキー) 提供ありがとうございます！
夏休みは電子工作をしよう！子どもから超初心者の人まで、マイコンとプログラミングの基礎を分かりやすく学びながら電子工作ができるディジキーの動画はコチラ！

イチケンの電子工作再生リストもあります 👉️ https://www.youtube.com/playlist?list=PLsjRI4ZEczlAadoW1SYhruiDlp8owk3S_

◤リンク◢
イチケンの電子工作製品やTシャツはここで買えます(アソシエイトリンク) https://amzn.to/3QxN8Av
公式LINE(企画提案など) https://lstep.app/pgx0aZX
公式webページ(企業の問い合わせなど) https://bit.ly/ichiken-ad
公式ブログ https://ichiken-engineering.com/
ツイッター https://twitter.com/ichiken_make

◤パワー半導体関連動画◢
再生リスト https://www.youtube.com/playlist?list=PLsjRI4ZEczlAZgFuqD1mJLwPTyGfmIaDZ

◤使用機材◢(amazonアソシエイトリンク含む)
オシロスコープ Teledyne LeCroy HDO6104B 1GHzモデル https://teledynelecroy.com/japan/products/scopes/hdo6k-b/default.asp

◤目次◢
00:00 今回はペルチェ素子の実験をします
00:21 DigiKeyを夏休みの自由研究の参考にしよう
00:59 ペルチェ効果について解説
03:22 ペルチェ素子の注意点について
05:46 熱の移動以外の使い方について
07:12 発電装置の組み立て
09:22 実際に発電してみる
11:17 色々繋いでみる
13:21 出力特性の測定もしました
14:24 発電効率を計算してみる
16:43 他の発電方式と比べてどうか
17:33 今回のまとめ

◤ビジネス関係のお問い合わせ◢
イチケンのPRサービスについて詳しく知る https://bit.ly/ichiken-ad
メールアドレス inquiry@ichiken-engineering.com
スポンサー、PR等承っております。お気軽にどうぞ。