Termoeletricidade
(Inversor de Peltier)

LEMBRANDO

A termoeletricidade pode esquentar ou esfriar.
Um termopar é formado por dois metais diferentes que são fortemente unidos por suas extremidades. 

Um exemplar simples pode ser construído torcendo juntas as extremidades (bem limpas) de um fio de cobre e um fio de ferro.

EXPLICANDO

O inversor de Peltier usa da termoeletricidade para manter uma máquina térmica ás avessas. 

Como referência, um modelo didático do inversor apresenta um terminal vermelho e outro preto. 

Se o terminal vermelho for ligado ao pólo positivo de uma bateria de 6 V e o terminal preto ao pólo negativo, o topo do inversor esfriará e o calor produzido em sua parte inferior será transferido para o ambiente pelas aletas do dissipador. 

Na parte de cima o dispositivo torna-se frio o bastante para gelar uma gota de água.

DE QUE CUCA SAIU ISSO

J. C. A Peltier descobriu em 1834 que, quando uma corrente elétrica flui pela junção de dois condutores de metais diferentes, calor é liberado ou absorvido pela junção. 

O sentido da corrente é quem determinará se a junção se aquece ou esfria. 

Este efeito depende dos condutores usados e da temperatura da junção; ele não está associado com o potencial de contato gerado entre dois metais distintos, não depende da forma ou dimensões dos materiais que compõem a junção.

Peltier, enviando uma corrente elétrica por um termopar feito de antimônio e bismuto, conseguiu congelar uma gota de água. Foi a primeira demonstração de uma refrigeração termelétrica. 

O inversor de Peltier atual (denominado pastilha Peltier) é constituído por uma série de pares termelétricos minúsculos feitos de material P e N, semicondutores de silício dopados. "Buracos" podem migrar pelo material P.

NA DIDÁTICA

Para aplicações práticas, ou mesmo demonstrativas, em salas de aula e Feiras de Ciências, pode-se adquirir (por exemplo, via Mercado Livre), pastilhas Peltier. Minha aquisição recaiu sobre:

Pastilha Peltier termoelétrica de 46,5 W, com dimensões (40 x 40 x 5,4) mm, intensidade de corrente de 3 A, tensão de alimentação de 12 VCC (máx. 15,2 VCC), que atinge entre suas faces uma diferença de temperatura máxima de 67 ºC.

Há uma boa gama de aplicações práticas para tais pastilhas, tanto na informática (refrigeração de gabinetes, de processadores, de chips, etc.), como para caixas de gelo, aquários, etc.

A pastilha Peltier ao ser ligada na fonte de energia elétrica, esquenta em uma das faces e "gela" na outra. 

Este "gela" requer mais explicações. Na verdade, o que a pastilha apresenta é uma boa diferença de temperatura entre suas faces.
Para exemplificar, com a pastilha que adquiri, vamos admitir que esta diferença seja de 60 ºC. Assim, ao ser ligada em 12 VCC, teremos 60ºC entre as faces da pastilha, ou seja, se a face quente estiver a 90ºC, a face fria estará a 30ºC (90 - 60 = 30). 

Assim, a face "fria" não estará realmente fria ou gelada, apenas estará 60 ºC abaixo da temperatura da outra face.

Agora, se conseguirmos fazer com que a face quente fique permanentemente em 60 ºC, a face fria ficará permanentemente a 0ºC, o que já é um belo "frio"!
Percebe-se, então, que o ´segredo´ é baixar a temperatura da face quente; uma solução é usar um ventilador especial (´cooler´); quanto mais eficiente for o cooler na troca de calor, menos quente ficará esta face e mais gelada ficará a outra.

A face ´gelada´, dependendo do que há no ambiente (interior de um computador, por exemplo), pode trazer problemas secundários, tal qual a de determinar a condensação do vapor de água arrastado pelo ar ambiente, resultando em água líquida escorrendo componente abaixo. 

Uma nova ventoinha pode ser instalada sobre a pastilha para sanar este problema, pois ela retira o ar gelado que rodeia o dissipador e o joga para dentro do gabinete (caso do computador).

Ilustremos esta montagem experimental:

O dissipador 1 impede a condensação sobre o componente e o cooler 1 arrasta o ar frio que envolve as aletas do dissipador 1, encaminhando-o para dentro do gabinete. O dissi- pador 2 troca calor com a face quente da pastilha e o cooler 2 arrasta o ar quente para o ambiente.

Quanto mais potente (W) for a pastilha mais quente será o lado quente e consequentemente mais difícil será esfriá-lo.
Um módulo didático (feito especialmente para demonstrações) poderá absorver 18 W de potência de uma fonte elétrica de 6,0 VCC sob 3,0 A, exibindo uma variação de temperatura ao redor dos 67^oC.

Nota: Cuidado para que a corrente no dispositivo de demonstração não supere os 3,0 A . Se uma bateria de 6V for utilizada deve-se prever um limitador de corrente através de um resistor de 8 ohms, 10 watts.

EIS O EXPERIMENTO