تأثير بلتيير (Peltier Effect): هو عبارة عن ظاهرة يسبّبها فرق الجهد المطبّق على مزدوجٍ حراريّ؛ إذ يسبّب هذا الفرق اختلافًا في درجة الحرارة بين وصلات المواد المختلفة في المزدوج الحراريّ.

وإنَّ هذا التأثير يعاكس تأثير سيبك الذي سُمّي على اسم العالم الذي اكتشفه في عام 1821؛ ينصّ تأثير سيبك على أنه عند اتصال معدنين مختلفين في نقطتي اتصال منفصلتين (بحيث يكوّنان دارة مغلقة) -ومع احتفاظ نقاط الاتصال على اختلاف درجات الحرارة- ينتج فرق جهدٍ كهربائيّ بين الوصلات (المعدنين المتلامسين) وبالتالي يتولّد تيارٌ كهربائيّ يسري في الدارة.

يتوقّف فرق الجهد الناتج على الخصائص الكهروحرارية للمعدنين، وعلى درجة حرارة كلا الوصلتين.

في وقتٍ لاحق، في عام 1834، وجد جان بلتيير أنَّ عكس تأثير سيبك صحيحٌ أيضًا؛ أيّ أنَّ فرق الجهد (وبالتالي التيار) يمكن أن يسبّب اختلافًا في درجة الحرارة بغض النظر عن درجة حرارة الوسط المحيط.

الرسم التخطيطي لتأثير بلتيير

 

بما أنه يمكننا وضع الوصلة الساخنة خارج منطقةٍ معزولة والوصلة الباردة داخلها، فمن الممكن استخدام تأثير بلتيير لتبريد منطقةٍ أو جسمٍ ما.

عناصر بلتيير (المبرّدات الكهروحرارية):

إنَّ طريقة التبريد الكهرحراري (باستخدام تأثير بلتيير) مفيدة؛ لأنها يمكن أن تبرّد أي جسمٍ دون أي أجزاء متحركة أو آلات معقدة أخرى تعزل المبرّد عن الوسط المحيط به.

تُعرف الأدوات التي أُنشئت للاستفادة من هذه الظاهرة بعناصر بلتيير (صفائح بلتيير) أو بـ (المبردات الكهرحرارية – .(TECs

الفكرة الأساسية من صفائح بلتيير البسيطة أنه يمكن توصيلها مع بعضها ضمن سلسلة لإنشاء وحدات بلتيير الأكثر تعقيدًا المعروفة أيضًا بـTECs والتي تتمتّع بقدرات تبريدٍ أكبر، علمًا أنَّ أعلى فرق درجة حرارة بين المشتّت الحراريّ والمنطقة الباردة لجهاز بلتيير في حدود 50 درجة مئوية.

تتضمن الاستخدامات الشائعة لعناصر بلتيير تبريد مكونات الكمبيوتر خاصةً وحدة المعالجة المركزية.

التركيب الأكثر شيوعًا للمواد الموجودة في المزدوج الحراري لعناصر بلتيير عبارة عن اثنين من أنصاف النواقل البزموث وتيلوريد.

تحتوي صفيحة بلتيير بشكلٍ عام على مجموعةٍ من المكعبات والكريات المصنوعة من أنصاف النواقل ويكون كل منها متصلًا مع المشعاعات الموجودة في الطرف الساخن والبارد من صفيحة بلتيير.

إنَّ هذه المكعبات ساكنة؛ لذلك فإنها تُضاف شوائبُ إضافية لتصبح لدينا زيادة أو نقص بالإلكترونات الحرة في كل مكعب.

تُعرف مكعبات أشباه الموصلات التي تحتوي على إلكترونات حرة زائدة (تحمل الشحنة السالبة بشكل رئيسي) باسم أنصاف نواقل من النوع N، بينما تلك التي تحتوي على عددٍ قليل من الإلكترونات الحرة (بالتالي تحمل بشكل رئيسي شحنة موجبة) أنصاف نواقل من النوع P.

إنَّ أزواج مكعبات أنصاف النواقل مُعدّة وموصولة مع بعضها ضمن مصفوفة؛ لذلك فإنَّ هذه الأزواج تمتلك سلسلة اتصالٍ كهربائيّ، واتصالٍ حراريٍّ مماثل له.
وعندما يُطبَّق تيارٌ كهربائي على هذا النظام، فإنَّ طريقة تدفّق التيار عبر أنصاف النواقل تُحدث فرقًا في درجة الحرارة، وتسبّب ارتفاع درجة الحرارة جانب المشتّت الحراري لصفيحة بلتيير، وتبرّد الجانب الآخر الفاتر (أو تبرّد أي شيءٍ على اتصالٍ حراريّ مع هذا الجانب).

 

مقطع داخلي لصفيحة بلتيير

يصبح جانب المشتت الحراري لصفيحة بلتيير ساخنًا جدًا؛ لذلك من الضروري وجود مروحة أو أي نوع مبردٍ لتبديد هذه الحرارة.

من ناحيةٍ أخرى، سترتفع درجة حرارة الصفيحة بالكامل، وستنصهر أجزاؤها معًا.

تبلغ سماكة صفيحة بلتيير عادةً بضعة سنتيمترات تقريبًا، وبضعة ميلليمترات أو سنتيمترات على الجانبين.

وللحصول على قدرات تبريدٍ أكبر، ترتبط صفائح بلتيير الإفرادية مع بعضها ضمن حزم أو مجموعة من السلاسل والتوصيلات الكهربائية المتوازية.

 

 

عناصر بلتيير، مع صفيحة سيراميكية

وحدة بلتيير مع مروحة ومبرد تبدّد حرارة المشتت الحراري وتعزل جزئيًا
الوسط الداخلي عن البيئة الخارجية

 

 

  • ترجمة: إيمان السباعي
  • تدقيق: تسنيم المنجّد
  • المحرر: ماتيو كيرلس
  • المصدر