Термоэлектрические генераторы

Если взять два разнородных металла, сварить (спаять) их концы, а два других конца присоединить к миллиамперметру, то при нагреве места спая металлов прибор покажет наличие тока в цепи. Совокупность пары металлов, используемая в данном случае, называется термопарой или термоэлементом. Появившийся в цепи ток называется т ермоэлектрическим, а эдс, порождающая этот ток, называется термоэдс.

Таблица.

Термоэдс в вольтах некоторых пар металлов при разности температур спая и окружающей среды в 1000С.

Знак (+) в таблице означает, что ток идет через нагретый спай от первого металла ко второму.

Принцип работы термоэлемента основан на эффекте Зеебека. Качественно его можно объяснить тем, что средняя энергия свободных электронов различна 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 холодному, вследствие чего у холодного спая образуется избыток отрицательных зарядов, у горячего – избыток положительных. Этот поток более интенсивен в проводниках с большей концентрацией электронов. В простейшем термоэлементе (термопаре), замкнутая цепь состоит из двух проводников с разными концентрациями электронов и спаи поддерживаются при разных температурах, возникает электрический ток. Если цепь термоэлемента разомкнута, то накопление электронов на холодном конце увеличивает его отрицательный потенциал до тех пор, пока не установится динамическое равновесие между электронами, смещающимися к холодному концу, и электронами, уходящими от холодного конца под действием возникающей разности потенциалов. Чем меньше электропроводность материала, тем меньше скорость обратного перетока электронов, тем, следовательно, выше эдс. Поэтому полупроводниковые материалы более эффективны, чем металлы.

В настоящее время широко ведутся исследования по созданию полупроводников, работающих при повышенных температурах (500 – 1000⁰С).

Из всех устройств, непосредственно преобразующих тепловую энергию в электрическую, термоэлектрические генераторы относительно небольшой мощности применяются наиболее широко.

Основные достоинства термоэлектрических генераторов:

1. Отсутствуют движущиеся части;
2. Нет необходимости в высоких давлениях;
3. Могут использовать любые источники теплоты;
4. Имеется большой ресурс работы.

В качестве источников энергии термоэлектрические генераторы широко используют в космических объектах, ракетах, подводных лодках, маяках и других электрических установках.

В зависимости от назначения термоэлектрические генераторы могут преобразовывать в электрическую энергию теплоту, получаемую в атомных реакторах, энергию солнечной радиации, энергию органического топлива и т.д.

Дата добавления: 2015-05-06