Wie funktioniert ein Peltier-element ?
Hallo, ich suche seit einer Weile nach einer einfachen Erklärung der Funktionsweise eines Peltier Elementes, bin aber leider noch nicht fündig geworden. Ich brauche die Erklärung so bald wie möglich, da ich am 19. Januar ein Referat über die Funktionsweise eines mit Peltier Effekt gekühlten Kühlschrankes halten muss.
Danke im Voraus!
3 Antworten
Es gibt nicht für alle Sachen eine einfache Erklärung. Das Peltier-Element ist eine der Sachen, für die es keine einfache Erklärung gibt.
Ich empfehle, solche Sachen einfach als gegebene Naturtatsachen zu beschreiben: Wenn man dies und das tut, dann passiert folgendes, und man kann es so und so nutzen. Auf den Anwendungen und den Vorteilen des Peltier-Elements würde ich das Referat aufbauen, und es durch eine Auswahl technischer Einzelheiten würzen.
Hier ist z.B. erklärt, wieso es so knifflig ist, die Effizienz dieser Bauelemente zu verbessern. Es geht in dem Text um den umgekehrten Betrieb des Peltier-Elements, also Strom aus Wärme, aber die Technologie ist ja die gleiche.
http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/energie-wettlauf-um-strom-aus-waerme-a-532560.html
Mit Erklärungsversuchen, warum es überhaupt funktioniert, wäre ich in diesem Fall sparsam und vorsichtig. Bei schwierigen physikalischen Themen, z.B. wieso Flugzeuge fliegen können, sind nämlich auch falsche Erklärungen in Umlauf. Wissens-Placebos sozusagen. Warum das so ist, wäre eine interessante Frage für sich.
Auch auf diesem Gebiet der Thermoelektrizität scheint es jedenfalls so zu sein. Die Gewinnung elektrischer Energie aus Wärmeenergie durch das Thermoelement erklären viele Schulbücher und Universitätslehrbücher falsch: mit den Kontaktspannungen, wo sich die zwei verschiedenen Materialien berühren.
Thermospannungen – viel genutzt und fast immer falsch erklärt! von Rolf Pelster, Reinhard Pieper und Ingo Hüttl
http://phydid.physik.fu-berlin.de/index.php/phydid/article/view/28/28
In Abschnitt 3.1 versuchen die Verfasser zu zeigen, was davon Schülern vermittelbar sein könnte. In der Zusammenfassung am Ende sagen sie, daß eine fundierte Erklärung zu viele Vorkenntnisse erfordert, als daß Schüler sie verstehen könnten.
Man muß leider damit rechnen, daß Lehrer selbst falsche Erklärungen gelernt haben und sie in bester Absicht ihren Schülern weitergeben wollen. Ich wollte, es gäbe dafür ein einfaches Gegenmittel...
Der Peltier Effekt beruht darauf, dass Elektronen in zwei verschiedenen Materialien unterschiedliche Energien haben.
Wenn jetzt Strom also Elektronen durch diese Materialien fließt, kommt das Elektron zu dieser Energieschwelle.
Die benötigte Energie, dass das Elektron jetzt weiterkommt nimmt es aus der Wärmeenergie der Übergangsstelle. Weil hier also Energie aufgenommen wird wird diese Stelle kälter.
Auf der anderen Seite ist die Energiestufe von hoher zu niedriger Energie und das Elektron gibt die Energie in Form von Wärme wieder ab.
Darum transportiert ein Peltier Element sozusagen Wärme über Strom von einer Stelle zu einer anderen.
Der "Gegenteilige" Effekt ist der Seebeck Effekt welcher genau so funktioniert nur in die andere Richtung.
Also Elektronen nehmen an der schwelle Wärmeenergie auf und geben diese Wärmeenergie als Elektrische Energie an einen Verbraucher oder ein Messgerät ab. So funktionieren zB so genannte Thermopaare.
Das kannst du dir vorstellen wie eine Stufe.
Wenn du hinauf steigst brauchst du Energie, wenn du runter steigst gibts du diese Energie wieder ab.
Der Artikel bei Wikipedia ist etwas sperrig geschrieben, hier wird das etwas besser verständlich formuliert: https://www.eureca.de/852-0-Peltierelemente.html
Was genau ist eine Energierschwelle?