kategória: Najlepšie články » Zaujímavé fakty
Počet zobrazení: 161 925
Komentáre k článku: 10
Termogenerátory: ako „privariť“ elektrinu na plynový sporák
Jedno z elektrických fór položilo túto otázku: „Ako môžem získať elektrinu pomocou bežného domáceho plynu?“ Toto bolo motivované skutočnosťou, že plyn z tohto súdruhu, a rovnako ako mnoho iných, sa platí jednoducho podľa štandardov bez merača.
Bez ohľadu na to, koľko použijete, napriek tomu platíte pevnú sumu a prečo nezavediete už zaplatený, ale nepoužitý plyn na elektrinu, ktorá je samostatná? Na fóre sa objavila nová téma, ktorú vyzdvihli ostatní účastníci: intímna konverzácia pomáha nielen skrátiť pracovný deň, ale aj zabiť voľný čas.
Bolo navrhnutých veľa možností. Stačí si kúpiť benzínový generátor a naplniť ho benzínom získaným destiláciou domáceho plynu alebo prepracovať generátor, aby okamžite pracoval na benzíne, napríklad v aute.
Namiesto motora s vnútorným spaľovaním bol navrhnutý Stirlingov motor, známy tiež ako motor s vonkajším spaľovaním. To je len najlepší štartér (ten, ktorý vytvoril novú tému) tvrdil, že generátor má výkon najmenej 1 kilowatt, ale racionalizovali sa, hovoria, že taký stirling sa nezmestí ani do kuchyne malej jedálne. Okrem toho je dôležité, aby generátor mlčal, inak dobre viete čo.
Po mnohých návrhoch si niekto pamätal, že videl v knihe obrázok zobrazujúci petrolejovú lampu s viackrátovým hviezdicovým zariadením na napájanie tranzistorového prijímača. O tejto téme sa však bude hovoriť trochu ďalej, ale zatiaľ ...
Termoelektrický generátor. História a teória
Na príjem elektrickej energie priamo z plynového horáka alebo iného zdroja tepla sa používajú generátory tepla. Rovnako ako termočlánok, ich princíp činnosti je založený na Seebeckov efektotvorené v roku 1821.
Spomínaný efekt je, že v uzavretom obvode dvoch odlišných vodičov sa objaví emf, ak sú spoje vodičov pri rôznych teplotách. Napríklad horúci uzol je v nádobe vriacej vody a druhý v šálke topiaceho sa ľadu.
Účinok vyplýva zo skutočnosti, že energia voľných elektrónov závisí od teploty. V tomto prípade sa elektróny začínajú pohybovať od vodiča, kde majú vo vodiči vyššiu energiu, kde je energia nábojov menšia. Ak je jeden z uzlov zahriaty viac ako druhý, potom je rozdiel v energiách nábojov väčší ako v studenom. Preto, ak je obvod uzavretý, vznikne v ňom prúd, presne rovnaká tepelná sila.
Približne veľkosť tepelnej energie sa dá určiť jednoduchým vzorcom:
E = a * (T1 - T2). Tu je α termoelektrický koeficient, ktorý závisí iba od kovov, z ktorých je zložený termočlánok alebo termočlánok. Jeho hodnota je obvykle vyjadrená v mikrovoltoch na stupeň.
Teplotný rozdiel spojov v tomto vzorci (T1 - T2): T1 je teplota horúcej spojky a T2 studenej. Vyššie uvedený vzorec je jasne znázornený na obrázku 1.
Obrázok 1. Princíp termočlánku
Táto kresba je klasická, nachádza sa v akejkoľvek učebnici fyziky. Obrázok ukazuje prsteň pozostávajúci z dvoch vodičov A a B. Spojenie vodičov sa nazýva spoje. Ako je znázornené na obrázku, v tepelnom spoji T1 má tepelná energia smer z kovu B na kov A. A v studenom spoji T2 z kovu A na kov B. Smer tepelnej energie naznačený na obrázku platí pre prípad, keď je tepelná sila kovu A kladná vzhľadom na kov B ,
Ako určiť termoelektrickú silu kovu
Termoelektrická sila kovu sa určuje vzhľadom na platinu. Pre tento termočlánok, z ktorého jedna z elektród je platina (Pt) a druhá je skúšobný kov, sa zahrieva na 100 stupňov Celzia, Získaná hodnota milivoltov pre niektoré kovy je uvedená nižšie.Okrem toho treba poznamenať, že sa nemení iba veľkosť tepelnej energie, ale aj jej znamenie v súvislosti s platinou.
V tomto prípade platina hrá v teplotnej stupnici rovnakú úlohu ako 0 stupňov a celá škála hodnôt tepelnej energie je nasledovná:
Antimón +4.7, železo +1,6, kadmium +0,9, zinok +0,75, meď +0,74, zlato +0,73, striebro +0,71, cín +0,41, hliník + 0,38, ortuť 0, platina 0.
Po platine sú kovy so zápornou termoelektrickou energiou:
Kobalt -1,54, nikel -1,64, konštantan (zliatina medi a niklu) -3,4, bizmut -6,5.
Pomocou tejto stupnice je veľmi jednoduché určiť hodnotu termoelektrickej energie vyvinutej termočlánkom zloženým z rôznych kovov. Na to stačí vypočítať algebraický rozdiel v hodnotách kovov, z ktorých sú vyrobené termoelektródy.
Napríklad pre pár antimónu a bizmutu bude táto hodnota +4,7 - (- 6,5) = 11,2 mV. Ak sa ako elektródy použije pár železo - hliník, táto hodnota bude iba +1,6 - (+0,38) = 1,22 mV, čo je takmer desaťkrát menej ako hodnota prvého páru.
Ak sa studená križovatka udržuje na konštantnej teplote, napríklad 0 stupňov, potom bude tepelná sila horúcej križovatky úmerná zmene teploty, ktorá sa používa v termočlánkoch.
Ako vznikli termogenerátory
Už v polovici 19. storočia sa uskutočnilo množstvo pokusov generátory tepla - zariadenia na výrobu elektrickej energie, to znamená na napájanie rôznych spotrebiteľov. Ako také zdroje mali používať batérie zo sériovo zapojených termočlánkov. Konštrukcia takejto batérie je znázornená na obrázku 2.
Obrázok 2. Tepelná batéria, schéma
Prvý termoelektrická batéria vytvoril v polovici 19. storočia fyzik Oersted a Fourier. Ako termoelektródy boli použité bizmut a antimón, iba rovnaký pár čistých kovov s maximálnou termoelektrickou energiou. Horúce spoje boli ohrievané plynovými horákmi, zatiaľ čo studené spoje boli umiestnené do nádoby s ľadom.
Pri experimentoch s termoelektrikou sa neskôr vyvinuli termopily, ktoré boli vhodné na použitie v niektorých technologických procesoch a dokonca aj na osvetlenie. Príkladom je batéria Clamone, ktorá bola vyvinutá v roku 1874 a ktorej sila stačila na praktické účely: napríklad na galvanické zlacenie, ako aj na použitie v tlačiarňach a dielňach na gravírovanie helio. Približne v tom istom čase sa vedec Noé zapájal aj do štúdie termopilov, v tom čase boli jeho termopily tiež dosť rozšírené.
Všetky tieto experimenty, hoci boli úspešné, boli odsúdené na neúspech, pretože termopily na báze termočlánkov z čistého kovu mali veľmi nízku účinnosť, čo sťažovalo ich praktické použitie. Čisté kovové výpary majú účinnosť iba niekoľko desatín percenta. Polovodičové materiály majú oveľa väčšiu účinnosť: niektoré oxidy, sulfidy a intermetalické zlúčeniny.
Polovodičové termočlánky
Skutočnú revolúciu vo vytváraní termočlánkov dosiahli práce akademika A.I. Joffe. Začiatkom 30. rokov 20. storočia predložil myšlienku, že pomocou polovodičov je možné premeniť tepelnú energiu vrátane slnečnej energie na elektrickú energiu. Vďaka výskumu už v roku 1940 bola vytvorená polovodičová fotobunka na premenu slnečnej energie na elektrickú.
Prvá praktická aplikácia polovodičové termočlánky malo by sa, samozrejme, považovať za „nadšenca paralyzátora“, ktorý umožnil napájanie niektorých prenosných partizánskych rozhlasových staníc.
Základom termogenerátora boli prvky z konštantanu a SbZn. Teplota studených spojov sa stabilizovala vriacou vodou, zatiaľ čo horúce spoje sa zahrievali plameňom ohňa, pričom sa zabezpečil teplotný rozdiel najmenej 250 ... 300 stupňov. Účinnosť takého zariadenia nebola viac ako 1,5 ... 2,0%, ale sila na napájanie rádiových staníc bola dosť veľká.V čase vojny bol samozrejme návrh „nadhadzovača“ štátnym tajomstvom a jeho návrh sa aj teraz diskutuje na mnohých internetových fórach.
Generátory tepla pre domácnosť
Už v povojnových päťdesiatych rokoch začal sovietsky priemysel výrobu tepelné generátory TGK - 3, Jeho hlavným účelom bolo napájať batérie napájané z batérií v neelektrifikovaných vidieckych oblastiach. Výkon generátora bol 3 W, čo umožnilo napájať prijímače batérií, ako napríklad Tula, Iskra, Tallinn B-2, Rodina 47, Rodina 52 a niektoré ďalšie.
Vzhľad termogenerátora TGK-3 je znázornený na obrázku 3.
Obrázok 3. Tepelný generátor TGK-3
Dizajn tepelného generátora
Ako už bolo uvedené, tepelný generátor bol určený na použitie vo vidieckych oblastiach, kde sa používalo osvetlenie petrolejové žiarovky "blesk", Takáto žiarovka vybavená tepelným generátorom sa stala nielen zdrojom svetla, ale aj elektriny.
Zároveň sa nevyžadovali ďalšie náklady na palivo, pretože práve tá časť petroleja, ktorá jednoducho odletela do potrubia, sa zmenila na elektrickú energiu. Navyše, taký generátor bol vždy pripravený na prevádzku, jeho konštrukcia bola taká, že do neho jednoducho nemalo nič preniknúť. Generátor mohol jednoducho ležať nečinný, pracovať bez zaťaženia, nebál sa skratov. Život generátora sa v porovnaní s galvanickými batériami zdal jednoducho večný.
Úlohu výfukového potrubia „blesku“ na petrolejovú lampu zohráva pozdĺžna valcovitá časť skla. Pri použití lampy spolu s generátorom tepla sa sklo skrátilo a do neho sa vložila kovová jednotka 1 na prenos tepla, ako je znázornené na obr.
Obrázok 4. Kerosénová žiarovka s termoelektrickým generátorom
Vonkajšia časť tepelného vysielača je vo forme mnohostranného hranolu, na ktorom sú namontované termopily. Aby sa zvýšila účinnosť prenosu tepla, mal tepelný vysielač vo vnútri niekoľko pozdĺžnych kanálov. Horúcimi plynmi prechádzajúcimi týmito kanálmi prešli do výfukového potrubia 3 a súčasne ohrievali termopil, presnejšie jeho horúce spoje.
Chladený uzol sa chladil vzduchom chladeným radiátorom. Je to kovové rebro pripevnené k vonkajším povrchom termopilných blokov.
Termogenerátor - TGK3 pozostáva z dvoch nezávislých sekcií. Jeden z nich generoval napätie 2V pri záťažovom prúde do 2A. Táto sekcia sa použila na získanie anódového napätia lámp pomocou vibračného meniča. Ďalšia časť s napätím 1,2 V a záťažovým prúdom 0,5 A bola použitá na napájanie vlákna žiaroviek.
Je ľahké vypočítať, že výkon tohto generátora tepla neprekročil 5 wattov, ale stačilo to pre prijímač, ktorý umožnil rozjasnenie dlhých zimných večerov. Teraz sa to, samozrejme, zdá smiešne, ale v tom čase bolo také zariadenie bezpochyby zázrak technológie.
V roku 1834 objavil Francúz Jean Charles Atanaz Peltier účinok opačný ako Seebickov efekt. Význam tohto objavu je ten, že keď prúd tečie cez prechod z rôznych materiálov (kovy, zliatiny, polovodiče), teplo sa uvoľňuje alebo absorbuje, čo závisí od smeru prúdu a od druhov materiálov. Toto je podrobne opísané tu: Peltierov efekt: magický účinok elektrického prúdu
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: