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Celle di Peltier: pompe di calore e generatori termoelettrici

Cosa sono le celle di Peltier

Le celle di Peltier sono delle pompe di calore allo stato solido che sfruttano per l’appunto l’effetto Peltier per funzionare.

Esternamente una cella di Peltier si presenta come una piccola piastrella di ceramica con due fili di alimentazione che escono.

cella di Peltier, sp1848, ciaobit.com

Alimentando la cella si attiva la pompa di calore che comincerà a generare una differenza di temperatura sulle due facce. Una risulterà più calda, mentre l’altra più fredda. La differenza di temperatura varia a seconda della potenza con la quale si alimenta la cella. Il differenziale di temperatura tra le due facce può arrivare anche fino a 70°C.

Effetto Peltier

L’effetto Peltier fu scoperto da Jean Peltier nel 1834.
Jean si accorse che facendo scorrere una corrente attraverso due metalli diversi a contatto (giunzione) tra loro si poteva trasferire del calore.
In particolare, si accorse che in base alla direzione della corrente, si poteva riscaldare o raffreddare la giunzione.
E’ proporio questa la particolarità che differenzia l’effetto Peltier dall’effetto Joule (che invece genera calore indipendentemente dalla direzione della corrente).

Le celle che sfruttano questo principio hanno al loro interno una serie di elementi (semiconduttori) che sono connessi tra loro in serie.
Nella figura che segue possiamo vedere una cella di peltier appoggiata sopra ad una torcia a LED.
La luce riesce ad attraversare la cella e ci permette di vedere con facilità i semiconduttori all’interno.

Cella di peltier, sp1848 ciaobit.com

Purtroppo le celle di Peltier non hanno un buon rendimento(che si attesta a circa 17-20%), quindi consumano molto.

Effetto Seebeck

L’effetto Seebeck è l’opposto dell’effetto Peltier, e venne scoperto prima.
Thomas Johann Seebeck, un fisico estone, nel 1821 scoprì che due pezzi di metallo diversi aventi temperature differenti se messi in giunzione tra loro generano un potenziale elettrico.
Per ogni grado kelvin di differenza si avrà una differenza di pochi μV per giunzione, quindi per le celle di peltier sono necessarie diverse giunzioni in cascata per avere qualche volt ai capi dei fili.

Quindi se alla cella di Peltier applichiamo un differenziale di temperatura tra le due facce, ai capi dei fili sarà possibile misurare una differenza di potenziale. In questo caso la cella lavora come un generatore termoelettrico. La tensione sviluppata dalla cella è proporzionale alla differenza di temperatura sulle due facce.

Campi di utilizzo

Raffreddamento:
Le celle di Peltier si possiamo trovare in diverse apparecchiature, dai frigoriferi portatili da auto, a sistemi di raffreddamento dei sensori CCD dei telescopi (per abbassare il rumore). Si possono trovare come sistema di raffreddamento per i laser.

Generatori termoelettrici:
In campo aerospaziale e militare, le celle di peltier sono state utilizzate per costruire generatori di corrente termoelettrici (a radioisotopi). Nonostante il basso rendimento infatti, permettono di creare un dispositivo senza parti mobili e questo riduce di molto la manutenzione, il rumore, vibrazioni e la probabilità di fallimento.

 

Riguardo Matteo Dalle Feste

Web Designer e Developer presso una nota testata giornalistica sul turismo. Appassionato di domotica, nel tempo libero, cura la realizzazione sia hardware che software di piccoli progetti domotici fai da te.

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