peltier_nedir

Peltier cihazlarla ilgili aklınıza çok fazlaca fikir ve proje gelebilir.  Çünkü karmaşık termodinamik sistemlerine gerek duymadan ısıtma veya soğutma gibi işlemleri gerçekleştirebiliyorsunuz. Peltier soğutucusu termoelektronik bir cihazdır ve ismini peltier etkisi diye adlandırılan termodinamik bir olaydan almıştır.

Peltier etkisi olarak adlandırılan termodinamik olay;  elektronların ısı taşımaları olayıdır.  Nasıl yani?   Yani bir uzun yarı iletken malzeme düşündüğünüzde ve bu malzeme üzerine dışarıdan bir elektrik alan yahut manyetik alan uyguladığımızı düşündüğümüzde elektronlar malzemenin bir ucundan diğer ucuna doğru hareket edeceklerdir.  Elektronlar hareket ettikleri uçtan aldıkları ısıyı da gittikleri uca taşıdıkları için malzemenin bir ucu soğuk bir ucu ise sıcak olacaktır. Bu olaya peltier etkisi denilmektedir. 

Bu olayın tam tersinden de söz etmek mümkündür. Yani yarı iletkenin uçları arasında sıcaklık farkı oluştuğunda, malzemenin iki ucu arasında fermi enerji seviyesi farkı oluştuğu için bir voltaj farkı oluşur.  Böylece elektronlar sıcak taraftan soğuk tarafa doğru akmaya başlarlar.  Bu olaya ise seebeck etkisi denir.

    Şimdi size bu anlattıklarım pratikte çok saçma ya da anlaşılması zor gelebilir.  Çünkü eğer bir elektronik mühendisi, bir fizikçi  ya da yarı iletken teknolojisinden habersiz biri iseniz, elektrik akımının oluşması için her zaman bir çevrim ihtiyacı olduğunu düşünürsünüz. Ve bu çevrimden dolayı elektronlar başlangıçtaki noktalarına geri döndükleri için taşınan net ısıdan bahsedemeyiz.  Eğer böyle düşünüyorsanız doğru yoldasınız demektir. Evet elektrik akımının oluşabilmesi için bir çevrim yani bir döngü olması gerekir ve elektronlar başladıkları yere geri dönmeleri gerekir. Fakat bu durum yarı iletkenler işin içine girince biraz değişiyor.   Endişelenmeyin şimdi açıklığa kavuşturacağız… 🙂 

Peltier cihazların içi şu şekildedir;

peltier (1)

Yani malzeme, n-p junction dediğimiz iki farklı tip yarı iletkenin yan yana dizilmesi ile oluşmuştur.  Eğer n-p junction hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz şu linke bir göz atmalısınız. Yani eğer hiç yarı iletken bilginiz yoksa bu linke göz atmadan anlattıklarımı pek anlayamazsınız.

Metaller ve Yarı İletkenler (Malzeme Bilgisi)

   Şimdi temel amaç elektronları malzemenin mavi ile gösterilen bölgesinden kırmızı ile gösterilen bölgesine taşımak.  Bunun için üstteki resimden söylediklerimi takip edin.  Elektronlar (-) kutuptan (+) kutba doğru aktıkları için ilk önce (-) kutuptaki elektronlar ilk N tipi yarı iletkene etki gösterecektir. (-) kutup, ilk N tipi yarı iletkenin soğuk kısmından sıcak kısmına doğru bir elektrik alan oluşumu sağlar,  böylece elektronlar ilk N tipi yarı iletken üzerinde mavi taraftan sıcak tarafa doğru hareket eder.   Elektronlar ilk P tipi yarı iletken terminaline geldiklerinde ilk P tipi yarı iletken içerisindeki elektron boşluklarını doldururlar ve ikinci N tipi yarı iletken arasında oluşan elektrik alan bariyeri sayesinde ilk p ipi yarı iletken üzerinde tam olarak kırmızı taraftan mavi tarafa doğru bir elektron hareketinden bahsedilemez.  Elektronların ilk P tipi yarı iletken üzerindeki elektron boşluklarını doldurması ikinci N tipi yarı iletken üzerindeki elektronları oluşan  elektrik alandan dolayı malzemenin mavi tarafından kırmızı tarafına doğru iter.  Bu şekilde tüm N tipi yarı iletkenlerdeki elektronlar malzemenin mavi tarafından kırmızı tarafına doğru geçerek iletim sağlanmış olur.  Yani elektronlar sadece mavi taraftan kırmızı tarafa doğru geçmiş ve P tipi yarı iletkenler sadece elektrik alan etkisi için kullanılmış olur.  🙂    

Aslında çok zekice dizayn edilmiş bir cihazdır. 🙂  Şimdi artık internetten bununla ilgili bir çok formül ve ıvır zıvır bulabilirsiniz. Fakat  önemli olan mantığını kavrayabilmektir.

Peltier malzemeler çoğu soğutucu veya ısıtıcıda kullanılırlar. Mesela yeni nesil işlemci soğutucuları, mini buz dolapları, arabaların soğutucu topidoları falan fistan…  Aynı zamanda peltier cihazlar uzay mekiklerinin dış kaplanmasında da kullanılır.  Böylece hem enerji üretilmiş olur hem de uzay mekiğinin içi ısıtılmış olur. 🙂