Главная >  Потенциал энергии 

 

Термоэлектрические генераторы. Как источник энергии ТЭГ широко используют на космических объектах, ракетах, подводных лодках, маяках. В зависимости от назначения ТЭГ могут превращать на электрическую энергию теплоту, которую мы получаем в атомных реакторах, энергию солнечной радиации, энергию органического топлива и т.п.. Тепловую энергию, которая получается при распаде радиоактивных изотопов и деление ядер тяжелых элементов в реакторах, используют в ТЭГ с конца 50-х лет.

 

Из всех устройств, которые непосредственно превращают тепловую энергию в электрическую, термоэлектрические генераторы (ТЭГ) относительно небольшой мощности используются наиболее широко. Основные преимущества ТЭГ: отсутствие подвижной части; нет потребности в высоком давлении; можно использовать любые источники теплоты; имеют большой ресурс работы.

 

Тепловые насосы такого типа находят широкое распространение в разных сферах хозяйства. Так, тепловые насосы могут подогревать воду на фермах, используя теплоту молока. Парное молоко коровы, которое имеет температуру 37-38°С и содержит теплоту Q1 может быть охлаждено перед отправкой на молокозавод до 4°С. Если охлаждать его с помощью теплового насоса, то вода, которая выходит из насоса, будет иметь температуру 50-60°С. Повышение температуры воды обусловлено введением от внешнего источника дополнительной энергии, которая отвечает дополнительной теплоте Q При этом теплота воды, которая нагревается, Q2=Q1+Q Эту воду хорошо использовать в производственном процессе фермы, в результате чего устройство окупится за два-три года.

 

Принцип работы термоэлемента основан на эффекте Зэебека. В 1921 году Зэебек сообщил об эксперименте, связанным с отклонением магнитной стрелки вблизи термоэлектрических кругов. В этих исследованиях Зэебек не рассматривал задачи получения энергии. Сущность открытого эффекта состоит в том, что в замкнутом кругу, который состоит из разнородных материалов, протекает ток при разных температурах контактов материалов. Эффект Зэебека можно объяснить тем, что средняя энергия свободных электронов неодинаковая в разных проводниках и по-разному увеличивается с повышением температуры. Если вдоль проводника существует перепад температур, то возникает направленный поток электронов от горячего спая к холодного, в результате чего возле холодного спая получается излишек отрицательных зарядов, возле горячего - излишек положительных. Поток этот будет более интенсивным в проводниках с большей концентрацией электронов. В более простом термоэлементе, замкнутый круг которого состоит из двух проводников с разными концентрациями электронов, а спаи поддерживаются при разных температурах, возникает электрический ток. Если круг термоэлемента разомкнутый, то накопление электронов на холодном конце увеличивает его отрицательный потенциал, пока не установится динамическое равновесие между электронами, которые смещаются к холодному концу, и электронами, которые отходят от холодного конца под действием возникшей разности потенциалов. Чем меньше электропроводность материала, тем меньше скорость обратного перетока электронов и тем высшее ЭДС. Поэтому полупроводниковые элементы более эффективны, чем металлы. Одно из практических использований ТЭГов - тепловой насос, который в одной части выделяет, а в другой - поглощает теплоту за счет электрической энергии. Если изменить направление тока, то насос будет работать в обратном режиме, то есть части, в которых происходит выделение и поглощение теплоты, поменяются местами. Такие тепловые насосы можно успешно использовать для терморегуляции жилых и других помещений. Зимой насосы нагревают воздух в помещении и охлаждают его на улице (рис.1а), а летом, наоборот, охлаждают воздух в помещении и нагревают на улице (рис.1б). На рис.1в показан общий вид и схема устройства теплового насоса в помещении.

 

Сейчас созданы полупроводники, которые работают при температуре более 500°С. Однако для промышленного ТЭГ есть потребность в температуре горячего спая приблизительно до 1100°С. При таком повышении температуры полупроводники разных типов проявляют тенденцию к преобразованию в проводники, в которых количество носителей положительных и отрицательных зарядов равное. Эти заряды при образовании градиента температуры перемещаются от горячего спая к холодному в равном количестве и накопление потенциала не происходит, то есть не образовывается термо-ЭДС. Таким образом, подобные полупроводники не полезные для генерирования термоэлектрического тока. Ныне широко ведутся исследования относительно создания полупроводников, которые работают при высоких температурах.

 

Рис. Схема работы теплового насоса
а - тепловой насос, который обогревает комнату зимой;
б - тепловой насос, который охлаждает комнату летом;
в - общий вид и конструктивное выполнение теплового насоса

 

Вопрос о целесообразности использования тех или других источников энергии решается в пользу ТЭГ в тех случаях, если главное значение имеет не КПД, а компактность, надежность, портативность, удобство.

 

Для работы ТЭГ можно использовать теплоту, которую получают в реакторах при делении ядер тяжелых элементов. Однако в этом случае нужно решить несколько задач, которые касаются эффекта сильного радиационного влияния на полупроводниковые материалы, так как ядерное топливо может находиться в непосредственном контакте с полупроводниковыми материалами.

 

 

В Харьковской области на Украине. Итера предложила Минтопэнерго сделку. Рапс вместо нефти. Потенциал энергосбережения наибо. Содержание.

 

Главная >  Потенциал энергии 

0.0112