kategorier: Utvalgte artikler » Interessante fakta
Antall visninger: 161,925
Kommentarer til artikkelen: 10
Termogeneratorer: hvordan "sveise" strøm på en gasskomfyr
Et av de elektriske forumene stilte følgende spørsmål: "Hvordan kan jeg få strøm ved å bruke vanlig husholdningsgass?" Dette var motivert av det faktum at gassen fra denne kameraten, og faktisk, som mange, betales for bare uten standarder uten meter.
Uansett hvor mye du bruker, betaler du uansett et fast beløp, og hvorfor ikke gjøre om allerede betalt, men ubrukt gass til frittstående strøm? Så et nytt emne dukket opp på forumet, som ble plukket opp av resten av deltakerne: en intim samtale hjelper ikke bare til å redusere arbeidsdagen, men også til å drepe fritiden.
Mange alternativer er blitt foreslått. Bare kjøp en bensingenerator, og fyll den med bensin oppnådd ved destillasjon av innenlandsk gass, eller gjendikt generatoren til å arbeide umiddelbart på bensin, som en bil.
I stedet for en forbrenningsmotor ble det foreslått en Stirling-motor, også kjent som en ekstern forbrenningsmotor. Det er bare toppstarteren (den som skapte det nye emnet) hevdet en generatoreffekt på minst 1 kilowatt, men den ble rasjonalisert, sier de, en slik omrøring vil ikke passe engang på kjøkkenet i en liten spisestue. I tillegg er det viktig at generatoren er stille, ellers, vel, du vet selv hva.
Etter mange forslag husket noen at han så et bilde i en bok som viste en parafinlampe med en flerstrålestjernenhet for å drive en transistormottaker. Men dette vil bli diskutert litt videre, men foreløpig ...
Termoelektrisk generator. Historie og teori
For å motta strøm direkte fra en gassbrenner eller annen varmekilde brukes varmegeneratorer. Akkurat som et termoelement er prinsippet for deres drift basert på Seebeck-effektåpnet i 1821.
Den nevnte effekten er at i en lukket krets for to forskjellige ledere dukker det opp en emk hvis koblinger til lederne har forskjellige temperaturer. For eksempel er et varmt kryss i et kar med kokende vann, og det andre i en kopp smeltende is.
Effekten oppstår ved at energien til frie elektroner avhenger av temperatur. I dette tilfellet begynner elektronene å bevege seg fra lederen, der de har en høyere energi i lederen, der energien til ladningene er mindre. Hvis en av kryssene varmes opp mer enn den andre, er forskjellen i energiene på ladningene på den større enn på den kalde. Derfor, hvis kretsen er lukket, oppstår det en strøm i den, nøyaktig den samme termokraften.
Omtrent størrelsen på termokraften kan bestemmes ved en enkel formel:
E = α * (T1 - T2). Her er α den termoelektriske koeffisienten, som bare avhenger av metallene termoelementet eller termoelementet består av. Verdien er vanligvis uttrykt i mikrovolt per grad.
Temperaturforskjellen på kryssene i denne formelen (T1 - T2): T1 er temperaturen på henholdsvis det varme krysset og T2 i kulden. Formelen ovenfor er tydelig illustrert i figur 1.
Figur 1. Termoelementprinsipp
Denne tegningen er klassisk, den finnes i hvilken som helst fysikk lærebok. Figuren viser en ring som består av to konduktører A og B. Ledningens kryss kalles kryss. Som vist på figuren, i et varmt kryss T1, har termokraften en retning fra metall B til metall A. A i et kaldt kryss T2 fra metall A til metall B. Retningen til termokraften som er angitt på figuren er gyldig for tilfellet når termokraften til metall A er positiv med hensyn til metall B .
Hvordan bestemme den termoelektriske kraften til et metall
Den termoelektriske kraften til et metall bestemmes med hensyn til platina. For denne termoelementet, hvorav en av elektrodene er platina (Pt), og den andre er testmetallet, blir den oppvarmet til 100 grader celsius. Den oppnådde millivoltverdien for noen metaller er vist nedenfor.Videre skal det bemerkes at ikke bare termopradenes størrelse endres, men også dens tegn med hensyn til platina.
I dette tilfellet spiller platina den samme rollen som 0 grader på temperaturskalaen, og hele skalaen for termokraftsverdier er som følger:
Antimon +4,7, jern +1,6, kadmium +0,9, sink +0,75, kobber +0,74, gull +0,73, sølv +0,71, tinn +0,41, aluminium + 0,38, kvikksølv 0, platina 0.
Etter platina er metaller med en negativ termoelektrisk kraft:
Kobolt -1,54, nikkel -1,64, konstant (en legering av kobber og nikkel) -3,4, vismut -6,5.
Ved hjelp av denne skalaen er det veldig enkelt å bestemme verdien av den termoelektriske kraften utviklet av et termoelement sammensatt av forskjellige metaller. For å gjøre dette er det nok å beregne den algebraiske forskjellen i verdiene til metaller som termoelektrodene er laget av.
For eksempel for et antimon-vismut-par vil denne verdien være +4,7 - (- 6,5) = 11,2 mV. Hvis et par av jern - aluminium brukes som elektroder, vil denne verdien bare være +1,6 - (+0,38) = 1,22 mV, som er nesten ti ganger mindre enn for det første paret.
Hvis det kalde krysset holdes på en konstant temperatur, for eksempel 0 grader, vil termokraften til det varme krysset være proporsjonal med temperaturendringen, som brukes i termoelementer.
Hvordan termogeneratorer ble opprettet
Allerede på midten av 1800-tallet ble det gjort mange forsøk på å skape varmegeneratorer - enheter for å generere elektrisk energi, det vil si for å drive forskjellige forbrukere. Som slike kilder skulle det brukes batterier fra seriekoblede termoelementer. Utformingen av et slikt batteri er vist i figur 2.
Figur 2. Termisk batteri, skjematisk
Den første termoelektrisk batteri opprettet på midten av 1800-tallet av fysikerne Oersted og Fourier. Vismut og antimon ble brukt som termoelektroder, akkurat det samme par rene metaller med den høyeste termoelektriske kraften. Varme kryss ble oppvarmet av gassbrennere, mens kalde veikryss ble plassert i et fartøy med is.
I eksperimenter med termoelektrisitet ble termopiller senere funnet opp, egnet for bruk i noen teknologiske prosesser og til og med for belysning. Et eksempel er Clamone-batteriet, utviklet i 1874, hvis kraft var nok til praktiske formål: for eksempel til galvanisk forgylling, så vel som for bruk i trykkerier og heliograveringsverksteder. Omtrent på samme tid var forskeren Noé også involvert i studiet av termopiler; termopilene hans var også ganske utbredt på den tiden.
Men alle disse eksperimentene, selv om de var vellykkede, var dømt til å mislykkes, siden termopiler basert på rent metall termoelementer hadde en meget lav effektivitet, noe som hemmet deres praktiske anvendelse. Rent metallgasser har en effektivitet på bare noen tideler av en prosent. Halvledermaterialer har mye større effektivitet: noen oksider, sulfider og intermetalliske forbindelser.
Halvleder termoelementer
En sann revolusjon i etableringen av termoelementer ble gjort av verkene til akademikeren A.I. Joffe. På begynnelsen av 30-tallet av XX-tallet fremførte han ideen om at det ved hjelp av halvledere er mulig å konvertere termisk energi, inkludert solenergi, til elektrisk energi. Takket være forskningen allerede i 1940 ble det laget en halvlederfotocelle for å konvertere sollys til elektrisk energi.
Første praktisk anvendelse halvleder termoelementer det bør tilsynelatende betraktes som "partisan-bowleren", som gjorde det mulig å gi strøm til noen bærbare partisanradiostasjoner.
Grunnlaget for termogeneratoren var elementer fra constantan og SbZn. Temperaturen på de kalde veikryssene ble stabilisert ved kokende vann, mens de varme kryssene ble oppvarmet av en flamme av en ild, mens en temperaturforskjell på minst 250 ... 300 grader var sikret. Effektiviteten til en slik enhet var ikke mer enn 1,5 ... 2,0%, men kraften til å drive radiostasjonene var ganske nok.I disse krigstidene var selvfølgelig utformingen av "bowleren" en statshemmelighet, og selv nå diskuteres designen på mange internettfora.
Husholdningsvarmegeneratorer
Allerede på etterkrigstitallet begynte sovjetindustrien å produsere termiske generatorer TGK - 3. Hovedformålet var å drive batteridrevne radioer i ikke-elektrifiserte landlige områder. Generatoreffekten var 3 W, noe som gjorde det mulig å drive batterimottakere, som Tula, Iskra, Tallinn B-2, Rodina-47, Rodina-52 og noen andre.
Utseendet til TGK-3 termogeneratoren er vist i figur 3.
Figur 3. Termisk generator TGK-3
Termisk generator design
Som allerede nevnt var varmegeneratoren beregnet for bruk i landlige områder, hvor belysning ble brukt parafinlamper "lyn". En slik lampe, utstyrt med en termisk generator, ble ikke bare en lyskilde, men også strøm.
Samtidig var det ikke nødvendig med ekstra drivstoffkostnader, fordi akkurat den delen av parafin som bare fløy inn i røret, ble til strøm. Dessuten var en slik generator alltid klar til bruk, dens design var slik at det rett og slett ikke var noe å bryte inn i den. Generatoren kunne ganske enkelt ligge inaktiv, jobbe uten belastning, var ikke redd for kortslutninger. Generatorens levetid, sammenlignet med galvaniske batterier, virket rett og slett evig.
Rollen som eksosrøret til fotogenlampen "lyn" spilles av den langstrakte sylindriske delen av glasset. Når lampen ble brukt sammen med varmegeneratoren, ble glasset forkortet og en metalloverføringsenhet 1 ble satt inn i den, som vist i figur 4.
Figur 4. Petroleumslampe med termoelektrisk generator
Den ytre delen av varmesenderen er i form av et mangefasettert prisme som termopiller er montert på. For å øke effektiviteten av varmeoverføring hadde varmesenderen inne flere langsgående kanaler. Når de passerte gjennom disse kanalene, gikk de varme gassene inn i eksosrøret 3 og samtidig varmet termopilen, mer presist, sine varme kryss.
En luftkjølt radiator ble brukt til å avkjøle de kalde veikryssene. Det er en metallribbe festet til de ytre overflatene til termopilblokker.
Termogenerator - TGK3 besto av to uavhengige seksjoner. En av dem genererte en spenning på 2V ved en belastningsstrøm på opptil 2A. Dette avsnittet ble brukt for å få anodespenningen til lampene ved bruk av en vibrasjonsomformer. En annen seksjon med en spenning på 1,2 V og en belastningsstrøm på 0,5 A ble brukt til å drive glødelampene.
Det er lett å beregne at effekten til denne varmegeneratoren ikke oversteg 5 watt, men det var nok for mottakeren, noe som gjorde det mulig å lysne opp lange vinterkvelder. Nå virker selvfølgelig dette bare latterlig, men i disse dager var et slikt apparat utvilsomt et mirakel av teknologi.
I 1834 oppdaget franskmannen Jean Charles Atanaz Peltier effekten motsatt av Seebick-effekten. Betydningen av funnet er at under passering av strøm gjennom krysset fra forskjellige materialer (metaller, legeringer, halvledere) frigjøres eller absorberes varme, noe som avhenger av retningen på strømmen og materialtypene. Dette er beskrevet i detalj her: Peltier-effekt: den magiske effekten av elektrisk strøm
Se også på elektrohomepro.com
: