Danas je nabavljen uređaj za toplo-hladnu masažu lica proizvođača RMT pod oznakom ZC-994. Kineska tvrtka R.M.T. Beauty Appliance na tržištu se pojavila 2000. godine i bavi se proizvodnjom uređaja za kozmetičke tretmane tijela, kože i kose.
Prema prospektima proizvođača ovakvih uređaja, hladna masaža hladi kožu, uklanja crvene tragove, smiruje kožu, ublažava bol. Topla masaža pak pomaže u apsorpciji proizvoda, ubrzava cirkulaciju krvi i limfe, ubrzava metabolizam stanica i aktivira metabolizam površine kože.
Tzv. čekić za toplo hladnu masažu ima dvije metalne površine, gdje se kod uključivanja uređaja jedna ploča zagrije, a druga ohladi. Odmah po otvaranju “čekića” uočava se na kojem principu to funkcionira. Hladni kraj koristi Peltierov termoelektrični element, a topli kraj koristi disipaciju tranzinstora snage za stvaranje topline na suprotnoj metalnoj pločici.
Kao što smo naveli, princip rada Peltierovog elementa temelji se na termoelektričnom efektu. Njega možemo najjednostavnije opisati na slijedeći način: ako metalnu žicu grijemo na jednom njenom kraju, na njenoj dužini će nastati temperaturna razlika (grijani kraj je topliji, suprotni kraj je hladniji). Na toplijem kraju elektroni će imati veću energiju nego na hladnijem kraju žice pa dolazi do njihovog prirodnog gibanja iz toplijeg prema hladnijem kraju žice (difuzija). Znamo da električna struja nije ništa drugo nego usmjereno gibanje elektrona, tako da će se na krajevima žice pojaviti napon. Ako krajeve žice povežemo s nekim otporom kroz taj krug poteći će električna struja čime smo dobili termodinamički generator istosmjerne strujne. Opisani efekt zove se Seebeckov efekt. Međutim, ako na isti strujni krug dovedemo neki vanjski izvor napona, kako posljedica protoka struje kroz takav krug, na jednom kraju žice doći će do efekta zagrijavanja, a na drugom kraju hlađenja. Ovaj efekt nazvan je Peltierov efekt. Povezanost oba ova efekta objasnio ih je sredinom 19. stoljeća Lord Kelvin.
Za praktičnu primjenu Peltierovog članka kao sklopa za grijanje ili hlađenje potrebno je zadovoljiti nekoliko osnovnih uvjeta:
- materijal za izradu termoelektričnih elementa mora imati što veću električnu vodljivost (da se materijal ne grije uslijed protoka struje), a što manju toplinsku vodljivost (da se ne miješaju hladna i topla područja)
- potrebno je međusobno spojiti više termoelektričnih elemenata kako bi efekt bio dovoljno snažan za praktičnu primjenu
- spajanje elemenata se vrši serijski jer se tako zbraja napon, a smanjuje struja kroz elemente, čime se smanjuje i njihovo zagrijavanje koje nepovoljno djeluje na efekt hlađenja
Danas se termoelektrične pojave umjesto kod metala iskorištavaju kod poluvodiča. Poluvodički elementi (n-tip i p-tip) međusobno su serijski spojeni bakrenim vodičima. Elektroni koji se slobodno gibaju u bakrenom vodiču pri prijelazu preko poluvodiča ponovno u bakreni vodič gube ili apsorbiraju toplinsku energiju (tijekom svojih prijelaza iz viših u niža energetska stanja i obrnuto) zbog čega se jedan kraj poluvodiča zagrijava, a drugi hladi.
Jačina efekta grijanja i hlađenja ovisi o broju parova poluvodiča u serijskom spoju, zatim o dimenzijama termoelektričnog elementa, svojstvima poluvodičkih materijala koji se koriste i o jačini struje. Većina materijala koji imaju dobru električnu vodljivost imaju i dobru toplinsku vodljivost pa je izbor materijala za termoelekrične sklopove ograničen. Za sada su se najboljima pokazali spojevi na bazi telurida (olovo-telurid, bizmunt-telurid), no ovisno o potrebnim temperaturama koriste se i drugi spojevi kao slicij-germanij ili bizmunt-antimon. Najnovija istraživanja idu u smjeru razvoja nanokristalnih struktura poluvodiča gdje se iskorištavaju zakoni kvantne mehanike i gdje je djelotvornost takvih modula može biti i dvostruko veća.
Praktično su Peltierovi elementi posebno zanimljivi za izradu jednostavnih i bešumnih hladnjaka. Strana koja apsorbira toplinu je hladnija i na nju se veže objekt koji želimo hladiti, dok druga strana isijava toplinu. Ta toplina se odvodi pasivnim hladnjacima ili hladnjacima sa ventilatorima montiranima na toploj strani. Isti Peltierov element može poslužiti za grijanje i hlađenje, a to ovisi jedino o polaritetu priključenog napona. Uz adekvatan kontrolni krug napajanja mogu se koristiti za vrlo precizne regulacije temperature, a osim toga su im i pouzdanost i vijek trajanja vrlo visoki.
U našem slučaju, kao što se vidi na slikama, koristi se Peltierov element dimenzija cca 25 x 25 mm koji se napaja se naponom od 6 V izravno sa mrežnog transformatora sa graetzovim ispravljačem. Drugi napon sa transformatora od 12 V koristi se za izravni pogon ventilatora i elektronike regulatora temperature za toplu stranu čekića. Regulator temperature bazira se na komparatoru LM358, na čije ulaze se dovodi refernetni napon preko potenciometra za namještanje željene temperature i kontrolni napon sa temperaturnog senzora koji je termički povezan preko tople pločice sa tranzistorom snage 2SC2037. Usporedbom ta dva napona komparator daje potrebni izlazni napon na bazu tranzistora snage koji se koristi kao grijač. Naime, određeni tranzistori mogu se koristiti i kao mali grijači gdje se koristi njihova normalna disipacija topline u radu i to je iskorišteno i kod našeg uređaja. Tranzistor 2SC2037 može normalno raditi u temperaturnom rasponu od -55 do +150 °C. Spomenimo ovdje da se određeni tipovi tranzistora i dioda mogu se koristiti i kao temperaturni senzori. Tu pak se iskorištava pojava da P-N spoj pokazuje napon koji se linearno mijenja s temperaturom kada je napajan kostantnom strujom.
U kućištu uređaja nalazi se samo mrežni transformator sa ispravljačem koji na izlazu daje istosmjerne napone od 6 i 12 V.
Mora se priznati da je ovo jedan od korisnijih uređaja dizajniranih za kozmetičke i terapijske tretmane tijela električnim strujama. Trenutno nemam precizan termometar za mjerenje temperatura na hladnom i toplom kraju čekića, ali hladni kraj se može bez problema usporediti sa ledom prislonjenim na kožu, dok je topli kraj zapravo blizu granice da postane vrući kraj. Dovoljno je nekoliko sekundi nakon uključenja uređaja da se već počinje značajno osjećati toplo hladna razlika na krajevima metalnih ploča. Nisam siguran da li tretman ovim uređajem uklanja bore, ožiljke i regulira masno tkivo, ali sigurno da njegove ploče u slučaju potrebe mogu dobro poslužiti kao topli ili hladni oblozi, za koje provjereno znamo da u nekim slučajevima i te kako ublažavaju nenadane pojave bolnih i oteknutih mjesta na koži lica 🙂