TD1008 Peltier- und Seebeck-Effekt Thermisches Experimentiergerät Didaktisches Gerät
PELTIER- UND SEEBECK-EFFEKT
Der zunehmende Bedarf an kleineren und tragbareren elektrisch betriebenen Geräten hat einen Bedarf an wartungsarmer, kleinerer und tragbarerer Kühlung erzeugt. Um diesen Bedarf zu decken, verwenden Hersteller jetzt thermoelektrische Festkörpervorrichtungen in Computern, tragbaren Kühlschränken und Kühlboxen.
Der Peltier- und Seebeck-Effekt-Demonstrator zeigt, wie eines dieser Geräte funktioniert, und testet seine Leistung, wenn es in zwei Modi angeschlossen ist:
• Wärme zu Strom zur Stromerzeugung bei Verwendung im Seebeck-Modus – häufig für die thermoelektrische Erzeugung verwendet und mit dem Akronym „TEG“ versehen.
• Als elektrisch betriebene Wärmepumpe bei Verwendung im Peltier-Modus. Wird häufig in der thermoelektrischen Kühlung verwendet und mit dem Akronym „TEC“ versehen.
Die Schüler lernen dann, die Leistung in beiden Modi zu analysieren, indem sie mehrere Faktoren analysieren, darunter den Leistungskoeffizienten (COP) und die Energiebilanz.
Für die Seebeck-Tests verwendet das Gerät eine externe Kaltwasserquelle und eine elektrische Heizung mit variabler Leistung, um eine Temperaturdifferenz über dem Gerät zu erzeugen. Das Gerät wandelt diese dann in eine elektrische Potentialdifferenz (Spannung) um. Ein Schalter ermöglicht Tests mit und ohne elektrische Last. Die Last lässt zu, dass die erzeugte Energie fließt und für einen Bereich angelegter Temperaturgradienten gemessen wird.
Für die Peltier-Tests wird ebenfalls die elektrische Heizung verwendet, jedoch mit einem kleinen Wasserspeicher und einer Wasserpumpe, wodurch eine stabile Wasserversorgung mit festem Durchfluss entsteht. Eine variable Spannungsversorgung steuert die elektrische Energie in das Gerät. Ein kalibriertes Gefäß ermöglicht es den Schülern, den konstanten Wasserdurchfluss genau zu messen, um die Wärme zu berechnen, die auf die „kalte“ Seite des Geräts gepumpt wird. Dies ermöglicht die Bewertung der Geräteleistung über eine Reihe von Temperaturgradienten und elektrischen Leistungseingängen.
Ein handbetätigtes Ventil ermöglicht es dem Benutzer, die Wasserquelle zu wechseln, ohne dass Rohre neu angeschlossen werden müssen. Die Schüler brauchen keine Werkzeuge, um die Experimente durchzuführen.
Thermoelemente messen Temperaturen nahe der Geräteoberfläche sowie am Ein- und Ausgang des Wasserkreislaufs. Übersichtliche, mehrzeilige Digitalanzeigen zeigen alle Temperaturen und elektrischen Messwerte rund um das Gerät, wie Spannung, Strom und Leistung.
Das Bedienfeld des Geräts enthält ein schematisches Diagramm des Geräts. Ein transparenter Schutz bedeckt das Gerät. Diese ermöglichen es den Schülern, den Geräteaufbau zu verstehen und die Bildung von „Reif“ in einfachen Kühldemonstrationen (bestimmt durch die örtlichen Bedingungen) zu sehen.
Sie können Tests mit oder ohne angeschlossenem Computer durchführen. Für schnellere Tests mit einfacherer Aufzeichnung der Ergebnisse kann jedoch das optionale Versatile Data Acquisition System (VDAS®) geliefert werden. Dies ermöglicht eine genaue Datenerfassung, Überwachung und Anzeige, Berechnung und grafische Darstellung aller wichtigen Messwerte in Echtzeit auf einem Computer.
LERNERFOLGE
• Seebeck-Koeffizient und die Leistung eines thermoelektrischen Generators (TEG)
• Peltier-Wärmepumpentests und die Leistung eines thermoelektrischen Kühlers (TEC)
• Leistungszahl (COP) und Energiebilanz
• Vergleiche von Herstellerdaten, theoretischer Leistung und Versuchsergebnissen
• Beobachtung des Lenz- und Thomson-Effekts
• Einfache Kühlvorführungen (bestimmt durch örtliche Gegebenheiten)
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untersuchung.
