Principe du module Peltier

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Une cellule à effet Peltier peut se définir rapidement comme une plaque en céramique. Celle-ci fait du chaud et du froid quand du courant électrique est introduit. Un coté absorbe les calories et l’autre face les dissipe.

La vidéo ci-dessous présente la technologie Peltier et comment fonctionne un module.

Consultez nos pages dédiées au principe du module Peltier : modules peltier, échangeurs de chaleur, chillers, ou encore les systèmes de refroidissement liquide cooling system et les régulateurs.

principe du module Peltier

La figure ci-dessous montre le circuit thermoélectrique de base.

 

Deux matériaux conducteurs de natures différentes a et b sont reliés par deux jonctions en X et W. Dans le cas de l’effet Peltier, un courant électrique I est imposé au circuit, en plaçant par exemple une source de courant électrique entre Y et Z. Cela entraîne une libération de chaleur Q à une jonction et une absorption de chaleur à l’autre jonction. Le coefficient Peltier relatif au couple de matériaux a et b est défini comme la puissance thermique P dégagée ou absorbée par unité d’intensité de courant I. Il s’exprime en volts.

Π_ab est alors défini par :      

Si un courant imposé dans le sens Y→W→X→Z entraîne une libération de chaleur en W . Puis une absorption en X, alors Π_ab est positif.

Théorie du module Peltier

L’effet Peltier est lié au transport d’entropie par les porteurs de charge (électrons ou trous) au sein du matériau. Ainsi lorsqu’il y a dans le schéma de principe ci-dessus une absorption de chaleur en X et une libération en W.  Les électrons ou les trous perdent de l’entropie en passent du matériau b au matériau a en W (il y a donc libération de chaleur). Réciproquement ils regagnent de l’entropie en passant du matériau a au matériau b en X (il y a donc absorption de chaleur). Car il y a conservation d’énergie, c’est le premier principe de la thermodynamique.

L’effet Peltier est utilisé comme technique de réfrigération. Elle est utilisée dans des domaines où une grande précision et fiabilité sont demandés : recherche, médical, spatial, militaire, etc…

Effet réciproque de la cellule Peltier : l’effet Seebeck

On peut noter que le phénomène inverse existe : une différence de température entre les deux jonctions W et X peut induire une différence de potentiel électrique, c’est l’effet Seebeck.

Lord Kelvin a montré que les effets Peltier et Seebeck sont liés, et que le coefficient Peltier est lié au coefficient Seebeck S par la relation :

  

où T est la température (en kelvins) de la jonction considérée.

L’effet réciproque permet d’induire un courant électrique lors d’un déplacement de chaleur sur cet assemblage. En effet, la conduction thermique ne se produit pas à la même vitesse entre les deux conducteurs. Les porteurs de charge sont les porteurs d’énergie thermique. Ils se déplacent plus vite dans une direction plutôt qu’une autre. Cela induit donc une différence de charge suffisante pour alimenter un courant électrique. Cela permet d’en faire une pile électrique alimentée par une source de chaleur. Même très faible (comme la chaleur corporelle humaine), elle reste suffisante pour allumer une lampe de poche.

Source Wikipédia Avril 2020

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