Was sind Peltier-Elemente?
Peltier-Elemente sind elektrische Bauteile, die ohne mechanisch
bewegte Teile Wärme von einer Seite zur anderen transportieren
können. Sie haben sich inzwischen in vielen Bereichen der Technik
als Kühlelement oder zur Temperaturstabilisierung bewährt.
Peltier-Elemente werden international auch als „Thermoelectric
Cooler“, abgekürzt „TEC“ bezeichnet.
Wie funktionieren Peltier-Elemente?
Der französische Wissenschaftler Jean Peltier publizierte 1834 einen
Artikel über seine elektrischen Experimente mit Kontaktstellen
verschiedener Metalle. Als er die beiden Enden eines
Bismut-Drahtes mit Kupferdrähten verband und diese an eine
Batterie anschloss, um Strom fließen zu lassen, stellte er fest, dass
sich die eine Kontaktstelle erwärmt und die andere abkühlt. Bei
Umkehrung des Stromflusses kehrt sich auch der Erwärmungs- und
Abkühlungseffekt der beiden Kontakte um. Die Ursache dieses Effektes
war zunächst nicht bekannt. Erst nachdem die Gesetzmäßigkeiten der
Thermoelektrik entdeckt worden waren, gab es eine Erklärung. Es
handelt sich um energetische Ausgleichsvorgänge freier
Ladungsträger (Elektronen, Löcher) an den Kontaktstellen, die
sich abhängig vom Material auf unterschiedlichen Energienieveaus
befinden. Für den Sprung auf ein höheres Energieneiveau entzieht der
Ladungsträger der Umgebung Energie in Form von Wärme. Beim Fall auf
ein niedrigeres Niveau gibt der Ladungsträger Energie in Form von
Wärme ab. Es entsteht eine stromabhängige Temperaturdifferenz.
Schon 15 Jahre vorher hatte der preußische Wissenschaftler Johann
Seebeck mit einem ähnlichen Versuchsaufbau herausgefunden, dass
zwischen den beiden Kupferdrähten eine elektrische Spannung entsteht,
wenn eine der beiden Kontaktstellen erhitzt wird. Sowohl der
„Peltier-Effekt“ als auch der „Seebeck-Effekt“, der bei
Thermo-Elementen genutzt wird, sind schon lange bekannt, ließen sich
aber erst mit der Entwicklung moderner Technologien praktisch nutzen.
Weil Peltier-Elemente und Thermo-Elemente ähnlich aufgebaut sind,
lässt sich mit einem Peltier-Element auch eine elektrische Spannung
erzeugen, indem die eine Seite erhitzt und die andere abgekühlt wird.
