Pentru a obține electricitate direct de la un arzător cu gaz sau alte surse de căldură, termoelectric aplicată. Precum și cea a termocuplu și principiul său de funcționare se bazează pe efectul Seebeck, care a deschis în 1821. Efectul menționat este faptul că circuitul închis a două conductoare diferite EMF apare dacă conductori spațiu joncțiuni sunt la temperaturi diferite. De exemplu, o joncțiune este situată într-un vas cu apă clocotită într-o cană și cealaltă cu topirea gheții.
Efectul apare din faptul că energia electronilor liberi depinde de temperatura. Electronii incep sa se indeparteze de conductorul, în cazul în care acestea au o energie mai mare în conductorul, în care energia este mai mică decât taxa. Dacă unul dintre joncțiuni este încălzit mai mult decât cealaltă, diferența de energie dintre taxele pe ea, mai mult decât frigul. Prin urmare, în cazul în care circuitul este închis, fluxurile de curent în ea, este aceeași thermopower.
Valoarea puterii aproximativ termoelectrică poate fi determinată printr-o formulă simplă:
E = α * (T1 - T2). Aici α - coeficient Seebeck, care depinde numai de metal, care este compus dintr-un termocuplu sau termocuplu. Valoarea sa este de obicei exprimat în microvolți per grad. joncțiuni diferență de temperatură în această ecuație (T1 - T2): T1 - temperatura joncțiunii la cald, și T2, respectiv, rece.
Formula de mai sus amplu ilustrată în Fig. 1.
Fig. 1. Principiul termocuplului
Figura acest clasic, poate fi găsit în orice manual pe fizica. Figura arată inelul format din doi conductori A și B. conductoarele compuși sunt numite joncțiuni Desemnat. După cum se arată în figură, o joncțiune T1 fierbinte al thermopower are o direcție de B în metalul de metal A. A T2 joncțiune rece metal A la direcția de metal B prezentat thermopower este valabil pentru cazul când A este thermopower metalic pozitiv în ceea ce privește metalul B .
Cum de a determina thermopower de metal
thermopower metalic este determinată în raport cu platina. În acest scop, un termocuplu, în care unul dintre electrozi este platina (Pt), iar celălalt metal test este încălzit la 100 de grade Celsius. Valoarea obținută în milivolți pentru unele metale, prezentate mai jos. Și tu ar trebui să acorde o atenție asupra faptului că modificările nu numai valoarea puterii termoelectric, dar, de asemenea, semnul său în ceea ce privește platina.
Platinum, în acest caz, joacă același rol ca și 0 grade pe scara de temperatură și valori scală a puterii termoelectric este după cum urmează:
După metalele sunt platina cu un thermopower negativ:
Folosind această scară este foarte ușor pentru a determina valoarea puterii termoelectric dezvoltată de termocuplu, format din diferite metale. Este suficient să se calculeze diferența algebrică a valorilor metalice din care sunt realizate thermoelectrodes. De exemplu, pentru o pereche de antimoniu - bismut această valoare va fi de 4,7 - (- 6,5) = 11,2 mV. Când perechea de electrozi pentru a utiliza fier - aluminiu, această valoare va fi doar +1,6 - (0,38) = 1,22 mW, care este mai mică de aproximativ zece ori decât cea a primei perechi.
În cazul în care joncțiunea de referință menținută în condiții de temperatură constantă, cum ar fi 0 grade, forța thermoelectromotive a joncțiunii fierbinte va fi proporțională cu variația temperaturii, care este utilizat în termocupluri.
Cum să înființeze Aeroterme
Deja în mijlocul secolului al 19-lea, numeroase încercări au fost făcute pentru a crea generatoare termoelectrice - dispozitive pentru producerea de energie electrică, care este, de a furniza diferite consumatori. Ca astfel de surse pentru a fi folosit bateria de termocuple conectate în serie. o astfel de structură a bateriei este prezentată în Fig. 2.
Fig. 2. termofilă, un aranjament schematic
baterie Primul termoelectric creat în fizica mijlocul secolului al 19-lea și Fourier Oersted. Așa cum thermoelectrodes bismut utilizat și antimoniu, doar foarte pereche de metale pure, în care maximum thermopower. joncțiunile fierbinți sunt încălzite prin arzătoare cu gaz și plasate la rece într-un recipient cu gheață. In timpul experimentelor cu thermoelectricity mai târziu, au fost inventate termofilă, potrivit pentru utilizarea în anumite procese și chiar pentru iluminat. Ca un exemplu bateria Klamona dezvoltat în 1874 ani, a cărei capacitate a fost suficient pentru scopuri practice, de exemplu, pentru galvanizare placare cu aur, și aplicarea în tipărirea și ateliere de lucru heliogravire. Cam în același timp implicat în studiul termofile și cărturar Noe, termopilă sa la acel moment erau destul de răspândite.
Dar toate aceste experiențe, deși de succes, au fost sortite eșecului, deoarece termopilă de termocuple pe baza de metal pur, au o eficiență foarte scăzută, ceea ce împiedica aplicarea lor în practică. Purely pereche de fire metalice au o eficiență de doar câteva zecimi de procent. Mult mai mare eficiență au materiale semiconductoare: unii oxizi, sulfuri și compuși intermetalici.
termocuple semiconductoare
O adevărată revoluție în crearea de termocupluri produs opere de academicianului AI Joffe. La începutul anilor 30 - IES a secolului XX, el a avansat ideea că, cu ajutorul unor semiconductori posibile de conversie a energiei termice, inclusiv solare, în energie electrică. Datorită studiilor în 1940 de celule solare semiconductoare a fost creat pentru a converti energia solara lumina in electricitate. Prima aplicație practică a termocupluri semiconductoare ar trebui să fie luate în considerare, aparent, „melonul de gherilă“, permite ca unele radio portabile de putere de gherilă.
Servit elemente de bază ale constantan termoelectrice și SbZn. Temperatura joncțiuni rece stabilizate cu apă clocotită, în timp ce joncțiunile cald sunt foc flacără încălzit, oferind în același timp o diferență de temperatură de cel puțin 250 ... 300 grade. Eficiența acestui dispozitiv a fost nu mai mult de 1,5 ... 2,0%, dar sursa de alimentare pentru radio destul de mult. Desigur, în acele vremuri de război „oală“ de design a fost un secret de stat, și chiar și astăzi, în multe forumuri pe Internet discută despre dispozitivul său.
termoelectric de uz casnic
Chiar și în anii cincizeci după război, industria sovietică a început să producă generator de termoelectric TGK - 3. Scopul său principal a constat în aparate de radio cu baterii în zonele rurale neelectrificate. Generator de putere a fost de 3 W, permițând receptoare alimentării de la baterie, cum ar fi "Tula", "Spark", "Tallinn B-2", "Patria - 47", "Patria - 52" și altele.
Aspectul generatorului termoelectric TGK-3 prezentat în Fig. 3.
Fig. 3. termoelectrică TGC-3
Construcția unui termoelectric
După cum sa menționat deja, generatorul termoelectric destinate utilizării în zonele rurale, în cazul în care utilizate pentru iluminatul lămpi cu ulei „fulger“. Această lampă este echipat cu un generator termoelectric, nu este doar o sursă de lumină, ci și de energie electrică. În acest caz, costul suplimentar de combustibil nu este necesară, deoarece este transformată în energie electrică acea parte a kerosen, care pur și simplu a zburat în țeavă. În plus, acest generator a fost întotdeauna gata de utilizare, designul a fost de așa natură încât să-l rupe pur și simplu nimic. Generatorul ar putea pur și simplu minți inactiv, rula fără sarcină, nu se teme de scurtcircuite. Viața generatorului, în comparație cu baterii galvanice, doar părea eternă.
Rolul țevii de eșapament de la lampi cu kerosen „fermoar“ joacă un piesă cilindrică alungită din sticlă. Atunci când lampa este utilizat în conjuncție cu sticla termoelectric a fost scurtat, și inserat în ea teploperedatchik metalic 1, așa cum se arată în Fig. 4.
Fig. 4. Lampă Kerosen cu un generator termoelectric
Teploperedatchika partea exterioară are forma de prismă poligonală pe care termopilă. Pentru a mări eficiența transferului de căldură în interiorul teploperedatchik a avut mai multe canale longitudinale. Trecând prin aceste canale în gazele fierbinți care părăsesc coșul 3, încălzirea simultană a termofilă, mai precis, intersecțiile sale fierbinți. Pentru răcirea joncțiunile reci utilizate radiator răcite cu aer. Este o nervurilor aplicate pe suprafețele exterioare ale blocurilor termopile.
Termoelectrică - TGK3 a constat din două secțiuni independente. Un 2B generează tensiune la curenți de sarcină până la 2A. Această secțiune este utilizată pentru a genera lămpile tensiune anodică cu ajutorul vibratorului. O altă secțiune și la o tensiune de 1.2V, curentul de sarcină 0.5A utilizate pentru a alimenta lămpile cu incandescență.
Este ușor de calculat că puterea termoelectric nu a fost să depășească 5 wați, dar receptorul a fost suficient pentru a permite să lumineze serile lungi de iarnă. Acum, desigur, se pare ridicol, dar în acele zile, un astfel de dispozitiv a fost, fără îndoială, o minune a tehnologiei.