Pompe à chaleur à module thermoélectrique

Thèmes abordés

Sciences - Ingénierie - Industrie, Pompe à chaleur module thermoélectrique, effet Peltier, effet Seebeck, réversibilité des phénomènes, effet Thomson, calculs des incertitudes, mode inverse, source chaude, source froide, tension, pouvoir thermoélectrique, phénomènes thermiques, courant électrique

Résumé du document

La pompe à chaleur à module thermoélectrique est composée d'un circuit électrique, dans lequel deux conducteurs sont reliés par une soudure. Un courant continu alimente le circuit et par effet joule, on distingue un dégagement de chaleur. L'étude de cette machine consiste à étudier l'absorption et le dégagement de chaleur au sein de la soudure. En effet, un système thermoélectrique fournit de l'énergie pour élever la température sur un mode alors que sur l'autre mode la chaleur est dissipée à l'aide du ventilateur (mode « normale » ou « inverse »). Lorsque l'on fournit au système de l'énergie électrique, le processus de transfert de chaleur s'inverse et le système fonctionne en réfrigérateur ou en pompe à chaleur.
Pour cela nous avons utilisé deux thermomètres reliés chacun à un conducteur. Nous avons par la suite fourni un courant continu au système. Puis on stabilise l'ampérage, et une fois le système stable on bascule d'un mode à l'autre. On observe alors que le système passe de réfrigérateur à pompe à chaleur.

Extraits

[...] Cela est dû aux différents électrons qui permettent chacun un échange entropique vers les différentes sources. De plus grâce à la réversibilité du phénomène, les échanges thermiques entre les deux conducteurs, on peut constater qu'il existe aussi une relation avec la variation de l'intensité. On peut donc générer une différence de température en fonction du courant électrique. Son faible encombrement nous permet une utilisation facile de cette machine grâce à un simple facteur de variation des différentes sources, l'intensité fournie. [...]

[...] Discussion L'effet Seebeck Une fois le courant stabilisé à 7A, et l'interrupteur en mode normale, on distingue une source chaude et une source froide. La source froide tend vers 25°C (température ambiante lors de l'expérience) alors que la source chaude tend vers 69 °C. Après avoir appuyé sur le mode inverse, nous remarquons que la température de la source froide augmente alors que celle de la source chaude diminue. Elles vont alors s'équilibrer vers un point alors que la tension tend vers zéro. [...]

[...] L'exploitation de ce phénomène nous permet d'approfondir l'étude de la variation de l'alimentation en électricité d'un module afin d'y observer une réversibilité des températures au sein même des deux conducteurs. Matériels et Méthodes Pour chaque manipulation, nous avons utilisé : - Un module thermoélectrique mesurant 38x38x3,5 mm. Il est maintenu entre deux blocs d'aluminium qui lui fournissent une résistance mécanique et le logement des thermomètres pour les mesures de température. Un élément en alliage de nickel - chrome permet de chauffer la face externe du bloc d'aluminium de la paroi froide. [...]

[...] Puis nous avons mis le module en position inverse. On a relevé toutes les 30 secondes Δθ (la stabilité thermique) ainsi que e (courant relevé à un instant T). cf. tableau 1. L'effet Peltier On a placé l'interrupteur en mode normal froid et on a seulement alimenté le module. Puis, on a relevé pour chaque valeur de I (jusqu'à 7A) θfroid, θchaud, Δθ. A chaque mesure de on a attendu que le système se stabilise et on a fait le relevé. [...]

[...] Calculs des incertitudes : e = 0,01V I = 0,5 A f=0,1 °C c=0,1°C Calcul de : Soit , donc en utilisant la méthode des différentiels, Par majoration : = 00.1 + 0.1 = 0.2 °C Calcul de P : Soit P=U*I En utilisant la méthode logarithmique : ln(P)=ln(U*I) =lnU + lnI = + Par majoration : + ] Série Le point seul dans les positifs correspond à l'état initial. Il ne faut pas tenir compte, cela nous donne alors une courbe linéaire. L'effet Peltier I U P ΔP θf θc Δθ P L'effet Thomson Par manque de temps durant la séance de TP, nous avons simplement mis en évidence le fait que l'inversion du sens de circulation provoque une inversion des températures sur les deux milieux semi-conducteurs. [...]