Преобразование тепловой энергии в электрическую
Конкретное преобразование термический энергии в электрическую можно выполнить, используя явления в контакте 2-ух металлов либо полупроводников, где действуют посторонние силы, которыми обоснована диффузия заряженных частиц.
Величина контактной разности потенциалов зависит не только лишь от параметров контактирующих материалов, да и от температуры контакта, потому что с температурой связаны энергия свободных электронов и их концентрация.
Рассматривая замкнутую цепь из 2-ух различных металлов (рис. 1а), можно убедиться в том, что при схожей температуре контактов 1 и 2 электронного тока в цепи не получится, потому что контактные разности потенциалов, определяемые формулой Uk = (A1 – A2) : e0
Рис. 1
в обоих контактах схожи, но ориентированы в обратные стороны по цепи:
Uk1 – Uk2 = (A1 – A2) + (A2 – A1) : e0 = 0
Если один из контактов, к примеру 1, подогреть (t1 > t2), то равновесие нарушится — в контакте 1 появится дополнительный скачок потенциала, связанный с нагревом. В данном случае Uk1 > UK2. В цепи появляется термоэлектродвижущая сила (термо-э. д. е.), абсолютное значение которой пропорционально разности температур контактов:
Eт = UKl – UK2 = E0(t 1— t2),
где Е0 — величина, зависящая от параметров металлов, образующих контакт.
Таким макаром, термо-э. д. с. появляется в цепи, состоящей из разных металлов, при разной температуре мест соединения.
Термо-э. д. с. в рассматриваемой цепи поддерживается благодаря нагреванию спая 1, т. е. при неизменном расходе термический энергии. В свою очередь термо-э. д. с. является предпосылкой электронного тока.
Но концентрация свободных электронов в металлах велика и при переходе из 1-го металла в другой изменяется сильно мало. В связи с этим контактная разность потенциалов оказывается незначительной и не достаточно находится в зависимости от температуры. По этой причине железные термоэлементы имеют очень малые э. д. с. (в спае платины и железа — 1,9 мВ при разности температур жаркого и прохладного спаев 100° С), а к. п. д. их не превосходит 0,5%. Такие термоэлементы используют для измерения температур (термопары).
Для этого в цепь термопары врубается измеритель термо-э. д. с. — милливольтметр (рис. 1, 6). Термопара в данном случае является источником электронной энергии, а измерительный прибор — приемником.
Не считая контакта 1 главных металлов термопары меж собой образуются контакты их с соединительными проводами (Рис. 1 – 2, 3). В этих контактах тоже имеются контактные разности потенциалов, но они не изменяют термо-э. д. е., если их температура поддерживается схожей.
При наличии случайного числа контактов различных металлов сумма контактных разностей потенциалов в замкнутой цепи остается равной нулю, если все контакты имеют схожую температуру. В этом можно убедиться, составив уравнение, аналогичное вышеприведенному. Независимо от числа контактов термо-э. д. с. пропорциональна разности температур более нагретого контакта и всех других контактов, находящихся при схожей температуре.
В отличие от металлов в полупроводниках при увеличении температуры очень растут концентрации свободных электронов и дырок. Это свойство полупроводников позволяет получить более высочайшие термо-э. д. с. (до 1 мВ на 1° С разности температур) и к. п. д. термоэлементов до 7%.
Полупроводниковый термоэлемент состоит из 2-ух полупроводников (п и р на рис. 2). Какой-то из них имеет электрическую, а другой дырочную электропроводность. При нагревании полупроводников в месте соединения их железной пластинкой очень возрастает концентрация свободных носителей заряда. Потому в полупроводниках появляется диффузия их от жаркого конца к прохладному. В полупроводнике с электрической электропроводностью к прохладному концу передвигаются электроны, в итоге чего этот конец заряжается негативно. В другом полупроводнике к прохладному концу передвигаются дырки, образуя положительный заряд. Появившаяся разность потенциалов противодействует диффузии и при неком значении ее устанавливается равновесие сил электронного поля и посторониих сил, под действием которых идет процесс диффузии носителей заряда. Эта разность потенциалов и является термо-э. д. с. полупроводникового термоэлемента.
Если к прохладным концам полупроводников подключить токопроводящий элемент, к примеру резистор, то появляется замкнутая цепь и электронный ток в ней.
Читайте также: опекунство над инвалидом 1, 2, 3 группы сколько платят в 2019-2020 году
Комментарии
Преобразование тепловой энергии в электрическую — Комментариев нет