Вівторок, 25 вересня, 2018

Російськомовні огляди - Наука, Освіта, ЗМІ та портали

Термоэлектрическая батарея

Хорошо известно, что большая часть металлов при комнатной температуре являются прекрасными проводниками тока. Электрический ток - это движение свободных электронов, не связанных с атомами, как это бывает в ионизированном газе. Но как мы заметили, чтобы оторвать электроны от атомов в газе, надо запасти энергию (например, тепловую). А в металлах существует много свободных электронов даже при комнатной температуре. Так, в 1 куб.см. металла, который хорошо проводит электрический ток, число свободных электронов равна примерно 6х1021, другими словами, почти по одному свободному электрону на любой атом металла.

Эти свободные электроны движутся хаотично. По мере повышения температуры их движение становится все более энергичным. Следовательно, если один конец металлического стержня подогреть, то электроны на этом конце будут двигаться энергичнее, чем до подогрева. В результате установится преобладающее перемещение электронов от подогретого конца стержня к охлажденному.

В результате подобного регулярного перемещения электронов в стержне, конечно же, появляется электрический ток, о котором можно уверенно сказать, что он вызван подогревом одного из концов стержня. Итак, перед нами простейший прибор с прямого преобразования теплоты в электрическую энергию: один конец стержня нагревается и по нему проходит электрический ток. Все это выглядит слишком просто. Но эта простота, как мы увидим, переменная, если проанализировать, что же получится, если мы попытаемся использовать ток для совершения полезной работы. Термоэлектрический метод генерирования электричества, основанный на использовании эффекта Зеебека, считался в те времена возможным конкурентом батарей; в 1843г. по имени Мозеса Пула был выдан патент на прибор, названный термоэлектрической батареей, который был назначен для замены вольтовой батареи.

Термоэлектрическая батарея состоит из нескольких последовательно соединенных элементов, называемых термопара. При этом э.д.с. всех термопар суммируется. К сожалению, при этом увеличивается и внутреннее сопротивление батареи, поэтому часть общего напряжения идет на преодоление этого сопротивления и не может быть использована для выполнения внешней работы. Но путем правильного подбора различных металлов, с целью возможного повышения э.д.с. и сведения к минимуму внутреннего сопротивления термоэлектрических батарей, удалось повысить КПД до 3%, то есть превысить КПД существующих тогда паровых машин. С тех пор прошло столетие, но несмотря на то, что термопары широко используются для измерения температур, повысить их КПД так и не удалось. Видимо, здесь уже достигли предела.

Російськомовні матеріали - Наука и Образование, СМИ и Порталы