16. Effet Peltier

B.T.S. T.P.L. \ Mécanique et Thermodynamique \ Effet Peltier
T.P. N°16
EFFET PELTIER
Le but de ce T.P. est de faire un bilan énergétique sur une cellule à Effet Peltier.
Matériel
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1 cellule à effet Peltier + 1 ventilateur + 1 récipient parallélépipédique
1 agitateur magnétique
1 balance
1 centrale H.P + 1 Pt 100 4 fils
1 alimentation 40V/ 5 A
1 alimentation +15V/ - 15 V
I. Problématique
L'effet Peltier (aussi appelé effet thermoélectrique) est un phénomène physique de déplacement
d’énergie thermique en présence d'un courant électrique. L'effet se produit dans des matériaux
conducteurs de natures différentes liés par des jonctions (contacts). L'une des jonctions se refroidit
alors légèrement, pendant que l'autre se réchauffe. Cet effet a été découvert en 1834 par le physicien
Jean-Charles Peltier.
L’effet Peltier est utilisé comme technique de réfrigération. Elle est utilisée dans des domaines où
une grande précision et fiabilité sont demandés : recherche, spatial, militaire mais aussi dans des
applications plus courantes comme les glacières.
L’objectif de ce T.P. est d’effectuer un bilan énergétique sur une cellule à Effet Peltier.
Puissance électrique : Pelec
Puissance frigorifique : PF
Cellule à effet Peltier
Puissance calorique : PC
Le premier principe de la thermodynamique dit que l’énergie ne peut pas être détruite ni créer.
Elle change seulement de forme. En déduire une relation entre PF, PC et Pelec.
La cellule à effet Peltier soumis à une tension U est parcourue par un courant d’intensité I.
Quelle est l’expression de la puissance électrique Pelec ?
Pour mesurer les puissances thermiques : PF et PC, on met successivement la cellule à effet
Peltier au contact d’un récipient contenant une masse m d’eau.
En négligeant la capacité thermique du récipient et en négligeant les fuites thermiques, exprimer
la puissance thermique échangée en fonction de la masse d’eau meau, la capacité thermique
dθ
massique de l’eau ceau et la variation de la température en fonction du temps :
.
dt
1
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II. Mesures
Pour effectuer le bilan énergétique de la cellule à effet Peltier, nous devons procéder en deux étapes.
Première étape on alimente la cellule sous une puissance électrique d’environ 10 W et on mesure
la puissance calorifique dégagée par la face chaude de la cellule. La face froide est réchauffée
grâce à un ventilateur.
Deuxième étape on alimente la cellule toujours sous même puissance électrique d’environ 10 W
mais on retourne la cellule afin de mesurer cette fois-ci la puissance frigorifique absorbée par la
face froide de la cellule. La face chaude est refroidit grâce au ventilateur.
Grace à la centrale d’acquisition H.P. piloté par un P.C., on désire faire l’acquisition de la
température de l’eau, de la tension aux bornes de la cellule ainsi que de l’intensité qui la parcourt.
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Remplir le récipient avec environ 500 g d’eau.
Mettre en place le dispositif : face chaude contre le récipient et face froide contre le ventilateur.
Assurez-vous que l’eau soit agitée en permanence afin d’avoir une température homogène.
Mettre en place le shunt afin de mesurer l’intensité traversant la cellule.
Mettre sous tension le ventilateur puis appliquer une tension de 4 V aux bornes de la cellule à
effet Peltier.
Lancer l’acquisition. Lorsque la température a varié de 2 °C, vous pouvez arrêter l’acquisition.
Exporter vos données acquises dans Excel.
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Recommencer l’expérience après avoir inversé les faces de la cellule à effet Peltier.
III. Exploitation
dθ
.
dt
En déduire les puissances calorifique PC et frigorifique PF échangée par la cellule.
Donner les résultats avec trois chiffres significatifs.
On donne la capacité thermique de l’eau : ceau = 4,18 J.g-1.K-1.
Grace aux deux courbes θ = f (t), déterminer les pentes
Grace aux grandeurs U et I mesurées au cours des deux expériences, calculer la puissance
électrique Pelec pour les deux expériences.
Les deux puissances sont-elles identiques ?
Compléter le schéma suivant :
Pelec =
PF =
Cellule à effet Peltier
Le bilan énergétique : PF + Pelec = PC est-il vérifié ?
2
PC =