Experiment

目的

ペルチェ素子の性質を確かめる。また素子をできる限り冷やす。

実験器具

・ペルチェ素子　：　5A、8A
・放熱板　：　銅
・PC放熱板（壊れたパソコンから抜き出したもの）
・直流安定化電源
・リード線
・熱電対(銅コンスタンタン)
・電圧計
・電流計
・氷

今後5Aのペルチェ素子をペルチェ素子（小）、8Aのペルチェ素子をペルチェ素子（大）とする。

実験

ペルチェ素子の吸熱部分の温度を測定するプログラムをlabviewで図1のように作成した。

このプログラムで1/100秒毎に熱電対から得た温度の情報を「目白祭温度タスク」でデジタル化し、
その後「アナログDBL１チャンネル1サンプル」を通してアナログ化し、その情報を「メーター」と「波形チャート」に表示するのを繰り返す。

実験器具を図2のように配置した。

［実験1-1］
ペルチェ素子の温度を測定し、動作の確認をする。

［実験1-２］
放熱板を利用し「どの放熱板が効率がよいか」「最低温度がどこまであるか」を確認する。

［実験1-3］
ペルチェ素子（大）とペルチェ素子（小）の最低温度を比較する。
電圧を一気にでなく、徐々にかけたときの温度変化を測定する。

［実験２-1］
ペルチェ素子（小）をペルチェ素子（大）の上にそれぞれ直列、並列につなげ、
最低温度がどちらの方が小さくなるのかを確認した。

［実験２-２］
ペルチェ素子ふたつを重ねるときに、小と大、どちらを上にした時の方が最低温度が下がるのかを測定した。

［実験3］
放熱板を様々な方法で冷やし、どの冷やし方が一番最低温度がさがるのかを測定した。

［実験4］
ペルチェ素子の表と裏に温度差を生じさせ、
ペルチェ素子がいったいいくらの電圧、電流を生むのかを電圧計と電流計で測定した。

結果

［実験1-1：ペルチェ素子(小)の基本的な動作の確認]

基盤に文字が書いてある面を下にして電圧を0V/5Vかけ、それぞれのとき素子の面の温度測定した。
結果は以下の表1の通りであった。

温度が約1℃減少した。

［実験1-２: ペルチェ素子(小)に放熱板をあてる]

銅放熱板をあてた時の電圧と温度の関係を調べた。電圧は最も温度が下がる値までかけた。
結果は以下の表1-2-1、図3のようになった。

次に、PC放熱板を用いて同様の測定を行った結果、以下の表1-2-2および図3のようになった。

表1-2-1、1-2-2よりPC放熱板の方がより吸熱効率が良いことが分かる。
今後の実験ではPC放熱板を利用する。

［実験1-3：ペルチェ素子（大）とペルチェ素子（小）の比較］

電圧を一気にかけると温度変化が不安定だったので、徐々にかけることにした。
また、実験1-1,1-2と同様にしてペルチェ素子（大）とペルチェ素子（小）の温度と電圧を比較した。
測定結果は以下の表1-3-1、1-3-2および図5,6の通りであった。

電圧を長い時間かけると温度が上がってしまうことが分かった。
最低温度を見た時、ペルチェ素子(大)は-1.2℃、ペルチェ素子(小)は-0.55℃でペルチェ素子(大)の方が最低温度が低かった。
また、温度の減少の仕方はペルチェ素子(小)の方が傾きが大きいことが分かる。

［実験2-1：ペルチェ素子(小)をペルチェ素子(大)の上に重ねて測定]
並列つなぎ、直列つなぎそれぞれの時の電圧と温度の関係を測定した。

並列つなぎの時、以下の表2-1-1のようになった。また、この結果をグラフにまとめると図7のようになった。

直列つなぎの時、以下の表2-1-2および図8のようになった。

これより、直列につないだ時の方が吸熱効率がよいことが分かる。
また、ペルチェ素子1つずつの時よりも温度が下がった。

［実験2-2：ペルチェ素子(大)をペルチェ素子(小)の上に重ねて測定]

ペルチェ素子の位置関係を変えて、実験2-1と同様に測定した。

直列つなぎの時、結果は以下の表2-2および図9のようになった。

実験2よりペルチェ素子(小)を上にしたほうが最低温度が低くなるということが分かった。

［実験３:PC放熱板を氷で冷やす]

ペルチェ素子(大)に氷で冷やしたPC放熱板をつけたときの電圧と温度の関係を測定した。
結果は以下の表3-1-1および図10、11のようになった。
図中に矢印で示した部分が最も温度が低いところである。

次に、ペルチェ素子(大)の上にペルチェ素子(小)を乗せ、さらにその上に氷で冷やした放熱板をつけた結果、以下の表3-2、図12、13 のようになった。

放熱板を冷やすとさらに吸熱効率がよくなることが分かった。

［実験４：ペルチェ素子の表と裏に温度差をつける]

ペルチェ素子（大）の表面を氷で冷やして裏面を指で押さえ、温度差をつけることで回路に電流が流れるかどうか確認した。
この時、氷の温度：-3℃、指の温度：29℃であった。

結果、電流は流れ、電圧と電流の関係は以下の表4の通りであった。

電流をながして温度差をつくった時よりも、温度差をつくって電流を流した時の方が得られた電圧が低いことが分かった。