QuickCool QC-SORT-0944-A User guide [cs]

Malá tepelná elektrárna
(termoelektrický generátor)
QC-SORT-0944-A

Obj. č.: 19 08 05

1. Úvod a popis funkce elektrárny (termoelektrického generátoru)

Vážení zákazníci,

děkujeme Vám za Vaši důvěru a za Vaše rozhodnutí zakoupit výrobek naší firmy. Jsme
přesvědčeni, že tato stavebnice, která je určena pro děti od 14 let (budoucí elektrotechniky nebo
fyziky) a pro všechny zvídavé lidi, splní Vaše očekávání a bude Vám k užitku.

Tento návod k sestavení stavebnice a k její obsluze je součástí výrobku. Obsahuje důležité pokyny
k sestavení, k uvedení stavebnice elektrárny do provozu a k její obsluze. Tento výrobek odpovídá
současnému stavu techniky a splňuje předpisy evropských norem o elektromagnetické
slučitelnosti. U výrobku byla doložena shoda s příslušnými evropskými a národními normami
a směrnicemi. Doklady o této shodě jsou uloženy u výrobce. Jestliže tento výrobek předáte nebo
prodáte jiným osobám, dbejte na to, abyste jim odevzdali i tento návod k obsluze.

Tato stavebnice malé tepelné elektrárny vysvětlí Vašim dětem i Vám princip Peltierova
termočlánku a Seebeckova efektu (jevu) neboli termoelektrického jevu.

Tato malá elektrárna vyrábí elektrický proud působením tepla a chladu průtokem tepelné energie
Peltirerovým článkem. Tento fyzikální jev nazýváme Seebeckovým efektem. Při výrobě elektrické
energie se v tomto případě nepohybují žádné součásti tohoto zařízení (této elektrárny) a z tohoto
důvodu nedochází k žádnému opotřebení.

Naplníte-li jednu vaničku sestavené stavebnice elektrárny studenou (nejlépe vodou z roztálého
ledu) a druhou vaničku teplou vodou, začne prostupovat tepelná energie z teplé vody jedním
hliníkovým profilem do Peltierova termočlánku a z něho dále druhým hliníkovým profilem do
vaničky se studenou vodou. Toto proudění tepla způsobí průchod elektrického proudu v tomto
zapojení. Elektrickým stejnosměrným motorkem, který je připojen k Peltierovu článku, začne
protékat proud a vrtule motorku se začne otáčet . Tento jev nazýváme Seebeckovým efektem.

Vrtule motorku se začne otáčet již při rozdílu teplot vody v obou vaničkách 10 °C. Čím vyšší bude
tento rozdíl obou teplot, tím více teplené energie bude prostupovat Peltirerovým článkem
(termoelektrickým generátorem). Toto poznáte podle rychlejšího otáčení vrtule elektrického
motorku (elektrickým motorkem bude protékat vyšší proud).

Naplníte-li nyní vaničku, ve které byla původně studená voda, teplou vodu, a vaničku, ve které byla
původně teplá voda, studenou vodu, změní se směr (polarita) průtoku elektrického proudu a vrtule
motorku se začne otáčet opačným směrem.

Poznámka: Jedno naplnění obou vaniček s vroucí a studenou vodou s kostkami ledu dokáže
otáčet vrtulí elektrického motorku po dobu asi 30 minut.

2. Vysvětlení pojmů Peltierův článek (jev) a Seebeckův jev (efekt)

Peltierův termočlánek funguje na základě Peltierova jevu (efektu), který objevil v roce 1834

francouzský fyzik Jean Charles Athanase Peltier. Jestliže prochází elektrický proud obvodem,
který tvoří dva různé kovy (vodiče) a které jsou zapojeny do série (většinou se jedná o bismut a
tellur), jedna ze styčných ploch těchto kovů se ochlazuje a druhá zahřívá. Tyto články se používají
například k chlazení osobních počítačů (notebooků). Tento jev lze užít i k výrobě elektřiny, při
zahřívání a chlazení rozdílných stran (spojení kovů) vyrábí termočlánek elektrický proud.

Princip Peltierova jevu: Peltierův jev je reverzní jev k jevu Seebeckovu. Elektrony přecházejí z
materiálu s vyšší výstupní energií We do materiálu s nižší výstupní energií a v místě styku
(kontaktu) obou kovů je jejich pohybu kladen menší odpor. Elektrony zde mají přebytek kinetické
energie a tento přebytek uvolňují v podobě tepelné energie.

Peltierův jev (efekt) lze dále vysvětlit na obvodu (zapojení), který znázorňuje Seebeckův jev
(efekt). Viz následující vyobrazení, na kterém jsou vyznačeny i směry toku proudů v jednotlivých
částech obvodu (zapojení).

Tento jev jako první zpozoroval estonsko-německý fyzik Thomas Johann Seebeck v roce 1821.
Seebeckův jev: Mají-li dva spoje dvou kovů, které tvoří Peltierův termočlánek, rozdílnou teplotu

(T1 a T2), jsou i styková (kontaktní) napětí obou rozhraní různá. Proto výsledné napětí naměřené
mezi těmito rozhraními je nenulové a termočlánek lze využít jako zdroj elektrického napětí.
Obvodem prochází elektrický proud a vzniká takzvaný Seebeckův jev (efekt).

2

Styková (kontaktní) napětí dvou kovů jsou kladná a s rostoucí teplotou se zvyšují. Proto má
„kladnější“ napětí spoj obou kovů s vyšší teplotou. Směry toku elektrického proudu jsou tedy na
výše uvedeném vyobrazení naznačeny správně: Je zde zakreslen domluvený směr, tedy směr
pohybu kladně nabitých částic (tj. od kladného pólu zdroje napětí k jeho zápornému pólu). Uvnitř
takto vytvořeného zdroje elektrického napětí protéká elektrický proud opačně, tedy samotnými
dvěma kovy, které tvoří Peltierův termočlánek.

Princip funkce chlazení s použitím Peltierova termočlánku: Připojíme-li nyní takto vytvořený
termočlánek k externímu zdroji stejnosměrného elektrického napětí, aniž bychom vytvořili rozdíl
teplot obou rozhraní (spojení) kovů, nastane tzv. Peltierův jev. Průchodem elektrického proudu
oběma kovy (a tedy i jejich spoji) se vytvoří teplotní rozdíl mezi oběma spoji. V závislosti na
polaritě připojeného napětí se bude jeden spoj obou kovů ohřívat a druhý ochlazovat.

Bude-li elektrický proud (z externího zdroje napětí) procházet oběma kovy stejným směrem, jako
je směr toku elektrického proudu při Seebeckovu jevu (viz výše uvedené vyobrazení), bude se
spoj obou kovů „A“ ochlazovat a spoj „B“ ohřívat (viz následující vyobrazení).

Bude-li elektrický proud z externího zdroje napětí procházet oběma kovy opačným směrem, než je
směr toku elektrického proudu při Seebeckovu jevu, bude se spoj obou kovů „A“ ohřívat a spoj „B“
ochlazovat (viz následující vyobrazení).

Na následujícím vyobrazení v části „a)“ je zobrazen stav po připojení termočlánku do obvodu se
zdrojem externího stejnosměrného napětí a v části „b)“ je naznačeno, ze kterého spoje obou kovů
se bude šířit tepelná energie.

4. Bezpečnostní předpisy

• Tato stavebnice není žádná hračka pro malé děti (je určena pro děti od 14 let).

• Dejte při používání této „elektrárny“ pozor na malé děti. Malé děti se mohou poranit o otáčející

se vrtuli elektrického motorku a mohou přitom převrhnout vaničku s horkou vodou a opařit se.

• Při provádění pokusů podložte tuto „elektrárnu“ vhodnou podložkou (například z vhodné umělé
hmoty), která zabrání poškození nábytku (stolu) rozlitím vody.

• Z bezpečnostních důvodů a z důvodu registrace CE nelze provádět žádné zásahy do zapojení
Peltierova článku a elektrického motorku.

• Výrobce, dodavatel a prodejce neručí v žádném případě za škody, které by mohly vzniknout
nesprávným používáním této stavebnice.

5. Sestavení stavebnice a její použití

Kápněte na obě strany Peltieova článku ke zvýšení tepelné vodivosti kapku oleje na mazání
jízdních kol (nebo použijte k tomuto účelu trochu pasty, která vede dobře teplo). Pokud toto
neprovedete, měla by i bez tohoto opatření elektrárna normálně fungovat.

3. Součásti stavebnice

• Peltierův článek

• 2 vaničky z akrylátového skla

• Svorka k sepnutí hliníkových profilů

• Magnet

• Elektrický stejnosměrný motorek s vrtulí

• 2 koncovky spojení odizolovaných vodičů mezi elektrickým motorkem a Peltierovým článkem

• 2 hliníkové profily

3

Nyní položte Peltierův článek jednou stranou na jeden z hliníkových profilů. Na druhou stranu
Peltierova článku položte druhý hliníkový profil.

4