kategorier: Udvalgte artikler » Interessante fakta
Antal visninger: 161,925
Kommentarer til artiklen: 10
Termogeneratorer: Sådan "svejses" elektricitet på en gasovn
Et af de elektriske fora stillede følgende spørgsmål: "Hvordan kan jeg få elektricitet ved hjælp af almindelig husholdningsgas?" Dette var motiveret af det faktum, at gassen fra denne kammerat, og faktisk, som mange, betales for blot ved standarder uden meter.
Ligegyldigt hvor meget du bruger, betaler du alligevel et fast beløb, og hvorfor ikke forvandle allerede betalt men ikke brugt gas til fritstående elektricitet? Så et nyt emne dukkede op på forummet, som blev samlet af resten af deltagerne: en intim samtale hjælper ikke kun med at reducere arbejdsdagen, men også til at dræbe fritid.
Der er foreslået mange muligheder. Bare købe en benzingenerator, og fyld den med benzin, der fås ved destillation af husholdningsgas, eller genindind generatoren, så den straks fungerer på gas, som en bil.
I stedet for en forbrændingsmotor blev der foreslået en Stirling-motor, også kendt som en ekstern forbrændingsmotor. Her er bare en top starter (den der skabte det nye tema) hævdede en generatoreffekt på mindst 1 kilowatt, men den blev rationaliseret og sagde, at en sådan omrøring ikke ville passe selv i køkkenet i en lille spisestue. Derudover er det vigtigt, at generatoren er tavs, ellers ved du selv hvad.
Efter mange forslag huskede nogen at have set et billede i en bog, der viser en parafinlampe med en flerlysstrålestjerneenhed til at tænde en transistormodtager. Men dette vil blive drøftet lidt videre, men indtil videre ...
Termoelektrisk generator. Historie og teori
For at modtage elektricitet direkte fra en gasbrænder eller anden varmekilde bruges varmegeneratorer. Ligesom et termoelement er deres driftsprincip baseret på Seebeck-effektåbnede i 1821.
Den nævnte virkning er, at der i et lukket kredsløb af to forskellige ledere vises en emk, hvis ledningerne er ved forskellige temperaturer. For eksempel er et varmt kryds i et kar med kogende vand, og det andet i en kop smeltende is.
Effekten stammer fra det faktum, at de frie elektroners energi afhænger af temperaturen. I dette tilfælde begynder elektronerne at bevæge sig fra lederen, hvor de har en højere energi i lederen, hvor energien i ladningerne er mindre. Hvis et af krydsene opvarmes mere end det andet, er forskellen i energierne på ladningerne på den større end på den kolde. Derfor, hvis kredsløbet er lukket, opstår der en strøm i det, nøjagtigt den samme termopower.
Cirka størrelsen af termopower kan bestemmes ved en simpel formel:
E = α * (T1 - T2). Her er a den termoelektriske koefficient, der kun afhænger af de metaller, som termoelementet eller termoelementet er sammensat af. Dets værdi udtrykkes normalt i mikrovolt pr. Grad.
Temperaturdifferencen ved krydsene i denne formel (T1 - T2): T1 er temperaturen i henholdsvis det varme kryds og T2 for kulden. Ovenstående formel er tydeligt illustreret i figur 1.
Figur 1. Termoelementprincip
Denne tegning er klassisk, den kan findes i enhver fysik-lærebog. Figuren viser en ring bestående af to ledere A og B. Ledernes kryds kaldes kryds. Som vist på figuren har termokraften i et varmt kryds T1 en retning fra metal B til metal A. A i et koldt kryds T2 fra metal A til metal B. Retningen af termokraften, der er angivet i figuren, er gyldig for det tilfælde, hvor termopræden i metal A er positiv med hensyn til metal B .
Sådan bestemmes et termoelektrisk effekt af et metal
Den termoelektriske effekt af et metal bestemmes med hensyn til platin. Til denne termoelement, hvoraf den ene elektrode er platin (Pt), og den anden er testmetallet, opvarmes den til 100 grader celsius. Den opnåede millivoltværdi for nogle metaller er vist nedenfor.Det skal desuden bemærkes, at ikke kun termopraftens størrelse ændres, men også dens tegn med hensyn til platin.
I dette tilfælde spiller platin den samme rolle som 0 grader på temperaturskalaen, og hele skalaen for termopowerværdier er som følger:
Antimon +4,7, jern +1,6, cadmium +0,9, zink +0,75, kobber +0,74, guld +0,73, sølv +0,71, tin +0,41, aluminium + 0,38, kviksølv 0, platin 0.
Efter platin er der metaller med en negativ termoelektrisk effekt:
Cobalt -1,54, nikkel -1,64, constantan (en legering af kobber og nikkel) -3,4, vismut -6,5.
Ved hjælp af denne skala er det meget simpelt at bestemme værdien af den termoelektriske effekt udviklet af et termoelement sammensat af forskellige metaller. For at gøre dette er det nok at beregne den algebraiske forskel i værdierne på de metaller, som termoelektroderne er lavet af.
For eksempel for et antimon-vismut-par vil denne værdi være +4,7 - (- 6,5) = 11,2 mV. Hvis et par af jern - aluminium anvendes som elektroder, vil denne værdi kun være 1,1 - (+0,38) = 1,22 mV, hvilket er næsten ti gange mindre end det for det første par.
Hvis det kolde knudepunkt opretholdes ved en konstant temperatur, for eksempel 0 grader, vil termopræden i den varme krydsning være proportional med temperaturændringen, der bruges i termoelementer.
Hvordan termogeneratorer blev oprettet
Allerede i midten af det 19. århundrede blev der gjort mange forsøg på at skabe varmegeneratorer - enheder til generering af elektrisk energi, det vil sige til strømforsyning af forskellige forbrugere. Som sådanne kilder skulle det bruges batterier fra seriekoblede termoelementer. Udformningen af et sådant batteri er vist i figur 2.
Figur 2. Termisk batteri, skematisk
Den første termoelektrisk batteri oprettet i midten af det 19. århundrede af fysikere Oersted og Fourier. Vismut og antimon blev brugt som termoelektroder, lige det samme par rene metaller med den højeste termoelektriske kraft. Varme kryds blev opvarmet af gasbrændere, mens kolde kryds blev placeret i et kar med is.
I eksperimenter med termoelektricitet blev termopiler senere opfundet, velegnede til brug i nogle teknologiske processer og endda til belysning. Et eksempel er Clamone-batteriet, udviklet i 1874, hvis strøm var tilstrækkelig til praktiske formål: for eksempel til galvanisk forgyldning samt til brug i trykkerier og værksteder til solgravering. Omkring samme tid var videnskabsmanden Noé også involveret i studiet af termopile, hans termopiller var også ret udbredt på det tidspunkt.
Men alle disse eksperimenter, selvom de var vellykkede, var dømt til at mislykkes, da termopæler baseret på rent metal termoelementer havde en meget lav effektivitet, hvilket hæmmede deres praktiske anvendelse. Rent metalliske dampe har en effektivitet på kun et par tiendedele af en procent. Halvledermaterialer har meget større effektivitet: nogle oxider, sulfider og intermetalliske forbindelser.
Halvleder termoelementer
En sand revolution i oprettelsen af termoelementer blev foretaget af værkerne fra akademikeren A.I. Joffe. I begyndelsen af 30'erne af det XX århundrede fremførte han tanken om, at det ved hjælp af halvledere er muligt at konvertere termisk energi, inklusive sol, til elektrisk energi. Takket være forskningen allerede i 1940 blev der oprettet en halvlederfotocelle til at konvertere sollys til elektrisk energi.
Første praktisk anvendelse halvleder termoelementer det skal tilsyneladende betragtes som en "partisan-bowler", som gjorde det muligt at levere strøm til nogle bærbare partisan-radiostationer.
Grundlaget for termogeneratoren var elementer fra constantan og SbZn. Temperaturen i de kolde kryds blev stabiliseret ved kogende vand, medens de varme kryds blev opvarmet af ildens flamme, mens en temperaturforskel på mindst 250 ... 300 grader blev sikret. Effektiviteten af en sådan enhed var højst 1,5 ... 2,0%, men strømmen til at drive radiostationerne var ganske nok.I disse krigstider var udformningen af "bowler" selvfølgelig en statshemmelighed, og selv nu diskuteres dens design på mange internetfora.
Husholdningsvarmegeneratorer
Allerede i efterkrigstidens halvtredserne begyndte den sovjetiske industri produktion termiske generatorer TGK - 3. Dets hovedformål var at drive batteridrevne radioer i ikke-elektrificerede landdistrikter. Generatoreffekten var 3 W, hvilket gjorde det muligt at drive batterimodtagere, såsom Tula, Iskra, Tallinn B-2, Rodina 47, Rodina 52 og nogle andre.
Udseendet af TGK-3 termogeneratoren er vist i figur 3.
Figur 3. Termisk generator TGK-3
Termisk generator design
Som allerede nævnt var varmegeneratoren beregnet til brug i landdistrikter, hvor belysning blev brugt parafinlamper "lyn". En sådan lampe, udstyret med en termisk generator, blev ikke kun en lyskilde, men også elektricitet.
På samme tid krævede man ikke ekstra brændstofomkostninger, fordi netop den del af parafin, der simpelthen fløj ind i røret, blev til elektricitet. Desuden var en sådan generator altid klar til drift, dens design var sådan, at der simpelthen ikke var noget at bryde ind i den. Generatoren kunne simpelthen ligge ledig, arbejde uden belastning, var ikke bange for kortslutninger. Generatorens levetid, sammenlignet med galvaniske batterier, virkede simpelthen evig.
Rollen som udstødningsrøret fra parafinlampen "lyn" spilles af den langstrakte cylindriske del af glasset. Ved anvendelse af lampen sammen med varmegeneratoren blev glasset forkortet, og en metalvarmeoverføringsenhed 1 blev indsat i den, som vist i figur 4.
Figur 4. Petroleumslampe med termoelektrisk generator
Den ydre del af varmesenderen er i form af et mangefacetteret prisme, hvorpå termopæler er monteret. For at øge effektiviteten af varmeoverførsel havde varmesenderen inde i flere langsgående kanaler. Ved at passere gennem disse kanaler gik de varme gasser ind i udstødningsrøret 3 og opvarmede samtidig termopilen, mere præcist, dens varme forbindelser.
En luftkølet radiator blev brugt til at afkøle de kolde kryds. Det er en metalribbe fastgjort til de ydre overflader af termopilblokke.
Termogenerator - TGK3 bestod af to uafhængige sektioner. En af dem genererede en spænding på 2V ved en belastningsstrøm på op til 2A. Dette afsnit blev brugt til at opnå anodespændingen for lamperne ved hjælp af en vibrationstransducer. En anden sektion med en spænding på 1,2 V og en belastningsstrøm på 0,5 A blev brugt til at drive lampenes glødetråd.
Det er let at beregne, at effekten af denne varmegenerator ikke oversteg 5 watt, men det var nok til modtageren, hvilket gjorde det muligt at lysne op i lange vinteraftener. Nu virker det selvfølgelig latterligt, men i disse dage var en sådan enhed utvivlsomt et vidunder af teknologi.
I 1834 opdagede franskmanden Jean Charles Atanaz Peltier virkningen modsat Seebick-effekten. Betydningen af opdagelsen er, at der under strømning af strøm gennem krydset fra forskellige materialer (metaller, legeringer, halvledere) frigøres eller absorberes varme, hvilket afhænger af strømens retning og materialetyper. Dette er beskrevet detaljeret her: Peltier-effekt: den magiske effekt af elektrisk strøm
Se også på elektrohomepro.com
: