Андрей Смирнов
Время чтения: ~19 мин.
Просмотров: 0

Эффект зеебека

Российские термоячейки

Ученые Национального исследовательского технологического университета МИСиС (НИИТУ «МИСиС») разработали новый тип энергоэффективных устройств – термохимических ячеек (термоячеек), превращающих тепло в электрическую энергию. Об этом говорится в пресс-релизе, опубликованном на официальном сайте университета.

Технология, предложенная российскими специалистами, как ожидается, позволит выпускать компактные элементы питания. Их можно будет размещать практически на любой поверхности – к примеру, на одежде, и использовать для выработки электрического тока за счет разницы в температурах человеческого тела и окружающей среды. Полученную энергию можно будет направить на подпитку различных мобильных устройств.

Работа термоячеек основывается на эффекте Зеебека. Эффект Зеебека, открытый в 1821 г. немецким физиком Томасом Зеебеком (Thomas Seebeck), заключается в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает электродвижущая сила (ЭДС), если места контактов поддерживают при разных температурах. Термоэлектричество в НИИТУ «МИСиС» называют одним из самых перспективных направлений «зеленой энергетики». Серьезным недостатком уже существующих современных образцов термоячеек является их низкая выходная мощность. Это существенно ограничивает область их применения.

В России разработаны термоячейки для питания мобильной электроники от тепла человеческого тела

Новые термоячейки, разработанные россиянами, состоят из оксидно-металлических электродов на основе полых никелевых микросфер и водного электролита. Такая комбинация, по словам специалистов, позволяет повысить ток, одновременно снижая внутреннее сопротивление элемента, получив на выходе увеличение мощности в 10-20 раз по сравнению с аналогами – напряжение разомкнутой цепи может достигать 0,2 В при температуре электрода до 85 градусов Цельсия. Кроме того, использование водного электролита снижает стоимость производства и повышает безопасность системы. По словам одного из авторов работы, ведущего эксперта кафедры ФНСиВТМ НИТУ «МИСиС» Игоря Бурмистрова, был достигнут рекордный (4,5 мВ/К) для водных электролитов показатель гипотетического коэффициента Зеебека (термоэлектрической чувствительности), а также выявлено нетипичное для термоячеек нелинейное изменение вольт-амперных характеристик, обеспечивающее рост коэффициента полезного действия (КПД) устройства.

Устройство и принцип работы термоячейки

Результаты работы российских ученых опубликованы в британском журнале Renewable Energy. В будущем специалисты планируют добиться повышения выходной мощности за счет оптимизации состава электродного материала и улучшения конструкции термоячейки. В перспективе же можно создать суперконденсатор, который бы сохранял в себе заряд длительное время.

Объяснение эффекта

Возникновение эффекта Зеебека вызвано несколькими составляющими.

Объёмная разность потенциалов

Если вдоль проводника существует градиент температуры, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном; в полупроводниках, в дополнение к этому, концентрация электронов проводимости растет с температурой. В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному. На холодном конце накапливается отрицательный заряд, а на горячем остаётся нескомпенсированный положительный заряд. Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет поток электронов в обратном направлении, равный первичному, благодаря чему установится равновесие.

ЭДС, возникновение которой описывается данным механизмом, называется объёмной ЭДС.

Контактная разность потенциалов

Основная статья: Контактная разность потенциалов

Контактная разность потенциалов вызвана отличием энергий Ферми у контактирующих различных проводников. При создании контакта химические потенциалы электронов становятся одинаковыми, и возникает контактная разность потенциалов:

U=F2−F1e{\displaystyle U={\frac {F_{2}-F_{1}}{e}}}, где F{\displaystyle F} — энергия Ферми, e{\displaystyle e} — заряд электрона.

На контакте тем самым существует электрическое поле, локализованное в тонком приконтактном слое. Если составить замкнутую цепь из двух металлов, то U возникает на обоих контактах. Электрическое поле будет направлено одинаковым образом в обоих контактах — от большего F к меньшему. Это значит, что если совершить обход по замкнутому контуру, то в одном контакте обход будет происходить по полю, а в другом — против поля. Циркуляция вектора Е тем самым будет равна нулю.

Если температура одного из контактов изменится на dT, то, поскольку энергия Ферми зависит от температуры, U также изменится. Но если изменилась внутренняя контактная разность потенциалов, то изменилось электрическое поле в одном из контактов, и поэтому циркуляция вектора Е будет отлична от нуля, то есть появляется ЭДС в замкнутой цепи.

Данная ЭДС называется контактная ЭДС.

Если оба контакта термоэлемента находятся при одной и той же температуре, то и контактная, и объёмная термо-ЭДС исчезают.

Фононное увлечение

Основная статья: Электрон-фононное увлечение

Если в твёрдом теле существует градиент температуры, то число фононов, движущихся от горячего конца к холодному, будет больше, чем в обратном направлении. В результате столкновений с электронами фононы могут увлекать за собой последние и на холодном конце образца будет накапливаться отрицательный заряд (на горячем — положительный) до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не уравновесит эффект увлечения.

Эта разность потенциалов и представляет собой 3-ю составляющую термо-ЭДС, которая при низких температурах может быть в десятки и сотни раз больше рассмотренных выше.

Магнонное увлечение

В магнетиках наблюдается дополнительная составляющая термо-ЭДС, обусловленная эффектом увлечения электронов магнонами.

:: ЗВУКОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ::

   Собрав качественный усилитель, многие не прочь дополнить приятный звук интересными визуальными эффектами.

Для этого и предназначена данная приставка, которая представляет из себя своеобразный многополосный эквалайзер, который разделяет спектр мелодии по частотам и выводит их на индикатор в виде прыгающих столбиков.

К этому анализатору спектра подключено пять кнопок, которыми можно регулировать яркость подсветки дисплея, чувствительность, и менять эффекты (стойки, полосы, линии, овал, или лестница). Кроме того, анализатор сохраняет настройки в памяти, и ещё можно выбрать частоту преобразователя с помощью перемычки.

Схема анализатора спектра

   Регулировка подсветки была основана на аппаратном ШИМ, на выходе OC2. В архиве доступны программы для дисплеев 16х2, 20х2, 24х2, и 20х4. В принципе, прошивку можно приспособить практически для любого экрана (с контроллером HD44780), так что если у вас есть дисплей которого анализатор не поддерживает, не трудно переделать имеющиеся.

   Далее читайте, как запустить анализатор так, чтобы он работал правильно. Есть три способа подключения аудио сигнала:

  1. Масса сигнала до точки „Agnd” на плате, тогда массы анализатора и устройства не могут быть связаны друг с другом.
  2. Анализатор можно пополнить симметрично, +-2.5 V, „Agnd” станет массой и можно его соединить с массой устройства.
  3. Если массы анализатора и устройства должны быть соединены, и не имеет возможности пополнения анализатора симметрично, следует добавить постоянную составляющую сигнала, чтобы поднять его до уровня 2,5 В. Массы соединяем и сигнал увеличиваем делителем R/R (резисторы порядка 100 кОм), соединяя его по шине питания. Сигнал на делитель подаем через конденсатор (порядка 1 мкФ).

   Как настроить анализатор для работы с компьютером

Помните, что если вы хотите встроить его в усилителе или другом устройстве, примите во внимание тот факт, что там могут появиться другие уровни сигнала. Если у вас есть возможность подачи сигнала с генератора (с компьютера через line-in) – это упростит настройку

   Подключите и запустите схему, подсоедините выход звуковой карты компьютера, массу к Agnd. Массы системы и компьютера не могут быть связаны! Генератор функции установите на синус, частота 400 Гц, усиление примерно на 80%.

   Для точной калибровки понадобятся две программы – „генератор” и „осциллограф”. Настройте что сигнал не искажался. Элементы, использованные для сборки входного фильтра, должны быть идентичны тем, как на схеме, это касается в первую очередь конденсаторов. На приведённых далее рисунках сверху искажённый сигнал, а под ним чистый, чего необходимо достичь.

Видео работы

Поделитесь полезными схемами

    Сигнализация для квартиры своими руками – автономное питание и герконовый контактный датчик проникновения. Устройство, описанное в статье, предназначено для звуковой сигнализации о проникновении в квартиру через входную дверь.

    Внутри энергосберегалки есть электронная схема – балласт. Балласт – это высоковольтный преобразователь, он предназначен для повышения сетевых 220 вольт до 1000 вольт (нужное напряжение, для питания лампы)

На выходе балласта опасное напряжение, потому во время опытов следует соблюдать предельную осторожность.  

    Принципиальная схема простого ваттметра для приблизительного контроля потребляемой мощности. 
    Провел множество экспериментов и обнаружил много интересных вещей: Один провод заземлен на батарею, второй подключен к обычной лампочке. Внутри ионизируется аргон, которым она заполнена, создавая красивые эффекты. Также ее можно брать руками — ионизация еще сильнее.
    Внутренности стандартные – преобразователь и высоковольтная катушка. Работает устройство очень просто: напряжение от пальчиковой батарейки подается на автогенераторный преобразователь, на выходе первого трансформатора образуется напряжение 40-50 Вольт.

КПД процесса

Это самый интересный и актуальный вопрос, который касается рассмотренного термоэлектрического эффекта. Если, приложив разность температур к цепи, можно получать электричество, тогда это явление можно использовать вместо распространенных генераторов, основанных на электромагнитной индукции. Этот вывод верен, если КПД эффекта Зеебека достаточно высок.

Для оценки КПД принято использовать следующее выражение:

Здесь ρ — удельное электрическое сопротивление, λ — коэффициент теплопроводности, Z — фактор эффективности термоэлектрического явления.

Понять это выражение несложно: чем больше коэффициент Зеебека, чем выше подвижность носителей заряда (меньше сопротивление) и чем меньше теплопроводность материала (она способствует выравниванию градиента температуры за счет переноса заряда и за счет движения фононов решетки), тем будет выше производительность цепи как генератора электричества.

Значения Z*T для металлов обычно невысоки, поскольку величина λ является большой. С другой стороны, изоляторы также нельзя использовать из-за их огромных значений ρ. Золотой серединой стало применение полупроводников.

В настоящее время для разных температур получены значения Z*T≈1, что означает следующее: примерно 10 % от затрачиваемого тепла переходит в электрическую энергию (КПД = 10 %). Чтобы этот эффект по эффективности выработки электричества мог конкурировать с современными способами его получения, необходимо разрабатывать материалы, для которых Z*T будет составлять 3-4.

Симптомы доброкачественных опухолей пищевода

Специфика проявлений доброкачественных опухолей пищевода обусловлена типом их роста, локализацией и размерами; в меньшей степени на симптоматику влияет гистологическое строение.

Опухоли, растущие в просвет пищевода, вызывают явления дисфагии — нарушение пассажа пищевых масс по пищеводу: трудности при проглатывании твердой пищи, ощущение комка за грудиной. Выраженность дисфагии нарастает по мере увеличения опухоли. Часто при внутрипросветных опухолях пищевода отмечаются умеренные боли за грудиной тупого или спастического характера, ощущение дискомфорта в горле или грудной клетке, которые усиливаются в момент приема пищи.

В симптоматике доброкачественных опухолей пищевода может отмечаться слюнотечение, тошнота, отрыжка, срыгивание. Внутрипросветные опухоли больших размеров часто вызывают рвоту, в результате чего пациенты стремительно худеют. Внутрипросветные опухоли нередко травмируются пищей, изъязвляются, что сопровождается кровотечением из пищевода, анемией. Полная обтурация пищевода доброкачественной опухолью, как правило, не наблюдается. Изредка внутрипросветные опухоли на длинной ножке при рвоте мигрируют в просвет гортани, приводя к асфиксии, иногда с летальным исходом.

Опухоли с внутристеночным ростом чаще располагаются в дистальной части пищевода и длительно развиваются бессимптомно. Новообразования, достигшие значительных размеров, вызывают дисфагию, тошноту, загрудинные боли умеренной степени интенсивности, ухудшение аппетита. В случае экстраэзофагеального роста опухоли может развиваться компрессионный синдром, вызванный сдавлением органов средостения (блуждающего нерва, бронхов, крупных вен). В этом случае отмечается осиплость голоса, усиление болей за грудиной, появление сухого кашля, тахикардии, аритмии. При кистах пищевода может происходить их нагноение и перфорация.

В редких случаях возможна малигнизация доброкачественных опухолей с развитием рака пищевода.

Полные термоэлектрические уравнения

Часто в работе реального термоэлектрического устройства задействовано несколько из перечисленных выше эффектов. Эффект Зеебека, эффект Пельтье и эффект Томсона могут быть собраны вместе последовательным и строгим способом, описанным здесь; это также включает эффекты джоулева нагрева и обычной теплопроводности. Как указано выше, эффект Зеебека генерирует электродвижущую силу, приводящую к уравнению тока

Jзнак равноσ(-∇V-S∇Т).{\ displaystyle \ mathbf {J} = \ sigma (- {\ boldsymbol {\ nabla}} VS \ nabla T).}

Чтобы описать эффекты Пельтье и Томсона, мы должны рассмотреть поток энергии. Если температура и заряд изменяются со временем, полное термоэлектрическое уравнение для накопления энергии,, имеет вид
е˙{\ displaystyle {\ dot {e}}}

е˙знак равно∇⋅(κ∇Т)-∇⋅(V+Π)J+q˙доб,{\ displaystyle {\ dot {e}} = \ nabla \ cdot (\ kappa \ nabla T) — \ nabla \ cdot (V + \ Pi) \ mathbf {J} + {\ dot {q}} _ {\ text { ext}},}

где — теплопроводность . Первый член — , а второй член показывает энергию, переносимую токами. Третий член — это тепло, добавляемое от внешнего источника (если применимо).
κ{\ displaystyle \ kappa}q˙доб{\ displaystyle {\ dot {q}} _ {\ text {ext}}}

Если материал достиг устойчивого состояния, распределения заряда и температуры стабильны, поэтому и . Используя эти факты и второе соотношение Томсона (см. Ниже), уравнение теплопроводности можно упростить до
е˙знак равно{\ displaystyle {\ dot {e}} = 0}∇⋅Jзнак равно{\ Displaystyle \ набла \ cdot \ mathbf {J} = 0}

-q˙добзнак равно∇⋅(κ∇Т)+J⋅(σ-1J)-ТJ⋅∇S.{\ displaystyle — {\ dot {q}} _ {\ text {ext}} = \ nabla \ cdot (\ kappa \ nabla T) + \ mathbf {J} \ cdot \ left (\ sigma ^ {- 1} \ mathbf {J} \ right) -T \ mathbf {J} \ cdot \ nabla S.}

Средний член — это джоулев нагрев, а последний член включает эффекты Пельтье ( на стыке) и Томсона ( в температурном градиенте). В сочетании с уравнением Зеебека для , это можно использовать для определения стационарных профилей напряжения и температуры в сложной системе.
∇S{\ displaystyle \ nabla S}∇S{\ displaystyle \ nabla S}J{\ displaystyle \ mathbf {J}}

Если материал не находится в устойчивом состоянии, полное описание должно включать динамические эффекты, такие как относящиеся к электрической емкости , индуктивности и теплоемкости .

Термоэлектрические эффекты выходят за рамки равновесной термодинамики. Они обязательно включают непрерывные потоки энергии. По крайней мере, они включают в себя три тела или термодинамические подсистемы, расположенные определенным образом, вместе с особым расположением окружающей среды. Три тела — это два разных металла и область их соединения. Область сочленения представляет собой неоднородное тело, считающееся стабильным, не подвергающимся слиянию за счет диффузии материи. Окрестности устроены так, чтобы поддерживать два резервуара температуры и два резервуара электрического тока. Для воображаемого, но не возможного термодинамического равновесия, теплопередача от горячего резервуара к холодному должна быть предотвращена за счет специально согласованной разности напряжений, поддерживаемой электрическими резервуарами, а электрический ток должен быть равен нулю. Фактически, для устойчивого состояния должна быть хотя бы некоторая теплопередача или некоторый ненулевой электрический ток. Два режима передачи энергии — тепло и электрический ток — можно различить, когда есть три отдельных тела и определенное расположение окружающей среды. Но в случае непрерывного изменения среды теплопередачу и термодинамическую работу нельзя однозначно разделить. Это сложнее, чем часто рассматриваемые термодинамические процессы, в которых связаны всего две соответственно однородные подсистемы.

Изготовление самодельного комбинированного станка

Нижняя плита

Самодельный сверлильный станок имеет нижнюю плиту, изготовленную из фанеры. Размеры указаны на рисунке выше. Для вариантов фрезерного и шлифовального она служит столом.

Боковые стойки

Служат опорой между нижней плитой сверлильного/столом фрезерного вариантов и крышкой. Кроме того, между стойками по направляющим передвигается шпиндель.

Боковые стойки изготавливаются из фанеры. В прямоугольных заготовках ленточной пилой, или электролобзиком выпиливаются выборки в соответствии с размерами указанными на фото.

Рисунок 9.

На одной из стоек фрезеруют паз под прижимной винт подвижного основания фрезерного и сверлильного вариантов. Для этого сверлом 8 мм намечают отверстия по краям будущего паза, затем фрезеруют сам паз фрезой 8 мм. Расстояние от края до центра паза 16.5 мм, длина паза 13 см.

Рисунок 10.

К боковым стойкам приклеивают направляющие, по которым будет скользить шпиндель комбинированного фрезерного и сверлильного устройства. Для этого брусок 8х9х650 мм разрезают на 4 части и приклеивают ко внутренней стороне боковых стоек в следующем порядке:

  1. Первый брусочек клеят вдоль края стойки заподлицо.
  2. Ставят на ребро подвижное основание, прижав к приклеенному брусочку.
  3. Клеят второй брусок, прижимая его к основанию.
  4. Вынимают основание и прижимают грузом бруски до полной склейки.

Рисунок 11.

Брусочки клеят стороной 9 мм к фанере. Получается следующий вид.

Рисунок 12.

Задняя стенка и крышка комбинированного самодельного устройства

Вырезают два прямоугольника из фанеры в соответствии с размерами рисунков 4 и 5. Прежде, чем в крышке прорезают два полукруглых выреза, необходимо прикрутить стойки к задней стенке, собрать шпиндель, и прикрепить рукоятку.

Для этого:

  1. При помощи струбцин прижимают первую стойку к задней стенке, сверлят по 3 отверстия в стойке под саморезы, и прикручивают.
  2. Аналогично поступают со второй стойкой.
  3. Прижимают крышку к верхней части будущего самодельного сверлильного станка, сверлят отверстия под саморезы и прикручивают ее.

Рисунок 13.

Подвижное основание сверлильного приспособления

На этом этапе описан процесс сборки шпинделя и его монтажа. Фрезер прижимается к основанию металлическим хомутом. Для этого замеряют диаметр фрезера, делают отметки на фанере.

Рисунок 14.

Высверливают отверстия в местах отметок.

Рисунок 15.

Дорезают резцом отверстия для хомута.

Рисунок 16.

Продевают хомут и зажимают фрезер.

Рисунок 17.

Прежде чем вставить шпиндель в самодельный комбинированный станок, следует собрать возвратный механизм. Он состоит из шурупа, шурупа-крючка и пружины. При работе в сверлильном и фрезерном режимах, механизм возвращает шпиндель в исходное положение.

Сборка возвратного механизма сверлильного приспособления:

  1. Вкрутить шуруп-крючок в крышку.
  2. Вкрутить шуруп в основание.
  3. Вставить основание в направляющие между стойками, и надеть пружину на крючок и шуруп.

Рисунок 18.

Установка прижимного винта

Прижимной винт предназначен для фиксации подвижного основания, когда наше устройство используется в фрезерном режиме. Винт вкручивается в мебельную муфту. Если в торговой сети не удалось подобрать подходящий барашек, винт просто изготовить самому.

Процесс изготовления винта с изображениями.

Врезание муфты

  1. Делается отметка сбоку основания для отверстия мебельной муфты;
  2. Просверливают отверстие;
  3. Вкручивают муфту.

Рисунок 19.

Изготовление прижимного винта

  1. Используя фрезу-коронку, и сверло М6, вырезается из фанеры две шайбы диаметром 30 мм и отверстием 6 мм.
  2. Шайбы склеиваются.
  3. Насаживается на болт, предварительно промазав отверстие суперклеем для надежного сцепления шайб с болтом.
  4. Прижимается гайкой и винт готов.

Рисунок 20.

Присоединение рукоятки

Для того, чтобы своими руками закончить самодельный сверлильный станок, остается присоединить рукоятку. При ее помощи шпиндель опускается, и происходит сверление. Рукоятка изготавливается из деревянного бруска с размерами 290х27х16 мм. Грани бруска закругляют и шлифуют.

Рисунок 21.

Для свободного подъема рукоятки, на крышке при помощи ленточной пилы вырезают закругления. Крышку предварительно снимают.

Рисунок 22.

Рукоятка держится на стойке при помощи алюминиевой втулки, прикрученной болтом. Для этого:

  1. Сверлят в рукоятке отверстие под втулку соответствующего диаметра, и делают отметку на стойке при помощи рукоятки.

Рисунок 23.

  1. На боковой стойке в отмеченном месте сверлят отверстие такого же диаметра, и присоединяют рукоятку к боковой стойке при помощи втулки.

Рисунок 24.

Далее закрепляют болтом, шайбами с обеих сторон и контргайкой. Вкручивают прижимной винт, и самодельный сверлильный станок закончен своими руками.

Рисунок 25.

Для полного завершения комбинированного станка, остается завершить своими руками часть фрезерного станка.

Для этого присоединяют нижнюю платформу и изготавливают боковой упор.

Установка платформы сверлильного варианта

  1. Отметить на нижней платформе места крепления стоек.

Рисунок 26.

  1. Просверлить отверстия под саморезы для скрепления, наложить по отмеченным линиям и надежно прикрутить. Для крепости место соединения платформы и стоек самодельного устройства промазывают клеем.

Рисунок 27.

Рисунок 28.

Далее следует просверлить отверстие напротив головки шпинделя для выхода фрезы во время фрезеровки.

Рисунок 29.

Изготовление бокового упора

Для того, чтобы своими руками закончить самодельный фрезерный станок, конструируют боковой упор. Он предназначен для прижимания детали при фрезеровке.

Для этого:

  1. Размечают на бруске из фанеры линию обрезки.
  2. Выпиливают электролобзиком паз по размерам.

Рисунок 30.

Закругляют углы, просверливают отверстие для зажимного винта.

Рисунок 31.

В отверстие вкручивают мебельную муфту для прижимного винта, который изготавливают по образу, описанному выше. На рисунке 29 показан вариант ручки овальной формы, из одного слоя фанеры.

Рисунок 32.

Рисунок 33.

Самодельный фрезерный станок готов!

Термоэлектрические устройства и применение эффекта Зеебека

Термоэлектрическими материалами чаще всего являются сплавы, свойства которых похожи на полупроводниковые. К этой же категории можно отнести и некоторые химические соединения со специфическими параметрами, делающими их пригодными для использования в термоэлектрических устройствах.

Существуют три основных варианта применения эффекта Зеебека в различных конструкциях и устройствах:

  • Термоэлектрические генераторы.
  • Термоэлектрические холодильники.
  • Измерители температур в широком диапазоне: от абсолютного нуля до нескольких тысяч градусов по Кельвину.

Незначительная разница температур между спаями, как показали опыты, приводит к появлению термоэлектродвижущей силы, которая пропорциональна температурной разнице элементов, включенных в цепь. Однородные проводники, работающие по закону Ома, имеются в любой диаде. В свою очередь, в ней возникает термоэлектродвижущая сила, которая определяется свойствами проводников и разницей температур. При этом, распределение температуры между контактами не играет какой-либо решающей роли. Это и есть термоэлектрический эффект Зеебека.
Если цепь состоит всего лишь из двух разных проводников, то данная комбинация будет называться термопарой. Уровень термо-ЭДС в этом случае зависит от материалов проводников и разницы температур между контактами. В большинстве случаев термопара применяется для определения температурных значений. Измерения до 1400 градусов по Кельвину может производится измерителями, в состав которых входят неблагородные элементы. При температуре 1900 градусов и выше потребуются металлы платиновой группы. Для специальных измерителей очень высоких температур применяются особые жаростойкие сплавы.

Преобразование тепловой энергии в электрическую осуществляется с помощью термоэлектрических генераторов. Основной рабочий процесс этих устройств также связан с эффектом Зеебека. За счет этого может преобразовываться даже сбросовая тепловая энергия, выделяемая двигателями машин. Полученная таким путем электроэнергия используется по своему назначению для питания различных устройств.

Преимуществами таких генераторов является продолжительный срок эксплуатации и возможность их хранения в нерабочем состоянии без каких-либо ограничений. Они отличаются надежностью и устойчивым режимом работы, полностью устраняют риск коротких замыканий. Работа этих устройств абсолютно бесшумна, так как в их конструкции не содержатся подвижные элементы.

Широкого применения эти устройства не получили только по причине низкого коэффициента эффективности, составляющего 3-8%. Однако при отсутствии обычных ЛЭП и низкой предполагаемой нагрузке, использование таких генераторов будет вполне оправданным. В результате, эффект Зеебека применение нашел в области энергообеспечения космической техники, в преобразователях солнечной энергии, отопительных системах и многих других областях, где использование традиционных источников электроэнергии не представляется возможным.

Элемент Пельтье в качестве генератора энергии

Термоэлектрический модуль Pelty может выступать как электрогенератор Пельтье при принудительном нагревании одной из его частей. Чем больше показатель температурной разности, тем выше показатель тока источника.

Предельный температурный показатель ограничен, но может быть выше, чем точка припойного плавления, используемая в конструкции модуля. Несоблюдение данного требования приводит к тому, что элемент Пельтье ломается.

Для термогенераторного производства применяют специальный тип модулей, где есть тугоплавкий припой. Их можно подогревать до температурного показателя 300 °С. По сравнению с обычным генератором эта температура в два раза больше. Потому коэффициент полезного действия в подобных устройствах невысок, их используют лишь тогда, когда невозможно применить результативный электроисточник.

Генератор электроэнергии популярен среди путешественников

Обратите внимание! Генераторы с мощностью 10 В популярны у туристов, путешествующих на дальние расстояния. Крупные, мощные постоянные устройства, которые работают от высокого температурного топлива, применяют, чтобы питать газораспределительные узлы, метеорологическую аппаратуру

Сферы применения эффекта Зеебека

Одно из значимых ограничений, возникающих при использовании термоэлектрического преобразователя, заключается в низком коэффициенте эффективности – 3-8%. Но если нет возможности для проведения стандартных линий электропередач, а нагрузки на сеть предполагаются небольшие, тогда применение термоэлектрических генераторов вполне оправдано. На самом деле, устройства, работающие на эффекте Зеебека, могут применяться в самых различных сферах:

  • Энергообеспечение космической техники;
  • Питание газо- и нефте- оборудования;
  • Бытовые генераторы;
  • Системы морской навигации;
  • Отопительные системы;
  • Эксплуатация отводимого автомобильного тепла;
  • Преобразователи солнечной энергии;
  • Преобразователи тепла, вырабатываемого природными источниками (например, геотермальными водами).

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните накарту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

См. также

  • Эффект Пельтье
  • Эффект Томсона
  • Термоэлектрические явления
  • Термопара
  • Спиновый эффект Зеебека
  • Термогенерация

Заключение

Общее количество денег, потраченное на эту систему, без учета сборки и доставки, составило около 30 долларов США, из них почти половина стоимости пришлась на долю трансформатора. Конечно, при серийном производстве и использовании не таких миниатюрных компонентов цена может уменьшиться в несколько раз, и тогда она станет соизмеримой со стоимостью качественных химических источников тока. Но основная экономическая выгода будет не от замены одного источника питания на другой, а от уменьшения затрат на обслуживание системы (замену батареек).

Очень нужны элементы Зеебека малой и сверхмалой мощности. Очевидно, что увеличение количества последовательно соединенных ячеек элементарных полупроводниковых термопреобразователей при одновременном уменьшении их размера приведет к увеличению выходного напряжения. А это значит что, вполне возможно, можно будет обойтись и более простыми контроллерами, чем LTC3108. Хотя вполне вероятно, что высокая цена этой микросхемы (около 7 долларов США) обусловлена не более чем низким спросом на нее. И, конечно же, использование ультраминиатюрных, ультраредких и ультрадорогих трансформаторов LPR6235 должно быть, как минимум, обосновано.

В целом, эксперимент можно считать удачным, а это направление – перспективным. Значит нужно переходить от академических экспериментов к практическим разработкам и осваивать эту новую, но очень нужную и востребованную ветвь альтернативной энергетики.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации