Comments 35
удастся синтезировать новые материалы, где использование
термоэлектрического эффекта может стать ещё более впечатляющим и
эффективным.
Автору стоит познакомится с Термоэмиссионными преобразователями.
Хороший длиннопост, спасибо!
Экоген в Санкт-Петербурге давно делает генераторы (например, ГТЭГ-500 на 500Вт), и заодно - охладители для всего, что упомянуто в посте. А параметры (например, "добротность") изготавливаемых ими элементов намного лучше, чем у китайских.
Я пробовал полупроводниковый спай на самодельных купроксных диодах и не менее самодельных диодах на окиси алюминия (см. кн. «Опыты без взрывов»).
Получилась одна фигня и куча мокрого сора :) но купроксная «ромашка» в какой-то момент дала мне пару вольт на секунду, а потом скоропостижно коротнула. Воспроизвести толком не удалось…
. И этого слабого света достаточно, чтобы возникла термо-э.д.с., которую можно измерить!
Тут всё вывернуто с ног на голову. Разумеется термопара на может измерить температуру звезды. Она попросту расплавилась бы. В опыте измеряется нагрев термопары от падающего света. Который сам по себе ничего не значит без сведений о расстоянии до звезды. Которые получаются другим способом.
Задам встречный вопрос: с помощью телескопа как изучают звёзды? С помощью наблюдения света или как то иначе? :-) И как термопара может расплавиться, если её поместить в фокусе телескопа, собирающего слабый свет звезды? :-)
А если звезда - Солнце? ;)
А звёзды как изучают - ночью или при солнце? :-)
Кстати, для солнца есть интересный девайс - гелиоскоп. Вкратце: многократно уменьшает интенсивность наблюдаемого свечения и можно даже днём его исследовать;-)
Температура звезды может достигать миллионы градусов. Разумеется измерить термопарой такую температуру нельзя. Можно измерить нагрев термопары в фокусе объектива телескопа. Но это не температура звезды, это исходные данные для расчёта температуры звезды.
Полная аналогия - измерение скорости расширения вселенной с помощью спектрального анализа света звёзд ("красное смещение" известных с высокой точностью спектральных линий водорода и гелия). Никаким полицейским радаром такую скорость не измерить.
В статье пишут:
нагретый конец проволочки приобретёт из-за недостатка электронов положительный заряд, а холодный конец из-за их избытка — отрицательный.
В википедии например про термопары:
Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Между соединёнными проводниками имеется контактная разность потенциалов; если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма таких разностей потенциалов равна нулю. Когда же стыки разнородных проводников находятся при разных температурах, разность потенциалов между ними зависит от разности температур.
Статья -- намеренное введение в заблуждение что ли?
В литературе, по крайней мере, так, насколько мне удалось выяснить.
При этом, там же оговаривается, что если используется только один материал, то концы приобретут взаимно нейтральный потенциал. А если сочетание разных материалов - то высвободится некоторая полезная энергия, которую можно использовать (это грубо, "своими словами" - если опустить сложные объяснения). Могу и ошибаться, но я понял, судя по объяснениям в литературе, это именно так.
Об этом, например, написано тут: "Существует ещё один нюанс: если такой неравномерно нагретый материал представлен только материалом одного типа, то электрические напряжения между его концами взаимно уравновешиваются и электрического тока не возникнет. В то же время, если спаять друг с другом две проволочки из разных материалов, то электрические напряжения между их концами также будут различны и при нагревании одного из концов такой спаянной пары возникнет электрический ток, направление течения которого будет зависеть от того, из каких материалов составлена эта пара, и какой конец нагрет до более высокой температуры."
Все правильно написано. На этом основан метод термозонда - на холодном конце скапливаются основные носители заряда и создается соответствующий заряд. Так быстрее всего, кстати, определить, n- или p-типа перед тобой образец. Ваша цитата из Вики вообще не про это, а про факт формирования потенциала.
На самом деле, в образовании термо-ЭДС участвует несколько явлений. В металлах, как минимум, три: убегание электронов из горячего конца в холодный (описано в статье), изменение работы выхода (кол-во энергии, которое надо затратить чтобы вытащить электрон из металла) в зависимости от температуры и фононное увлечение электронов (фононы - квазичастицы, кванты колебания крист. решетки, которые переносят тепло от горячего конца к холодному, заодно переносят и электроны). В полупроводниках и магнитных материалах существуют дополнительные явления дающие термо-ЭДС.
Все эти явления дают разный вклад при разной температуре, чем и объясняется нелинейность термо-ЭДС, в том числе и изменение полярности у некоторых термопар.
спасибо за полезную информацию
Спасибо за познавательную статью.
Интересен потенциальный "бытовой" аспект: можно ли, прикрепив термоэлектрогенератор (допустим, воображаемый, а не реально изготовленный, но физически и габаритно реалистичный) к радиатору холодильника или боковине плиты, получать "электрокэшбек"? Если да, то насколько можно приблизить его к 100%? Даже 30-40 процентов - это уже дофига. Идём дальше: можно ли создать миниатюрный генератор для закрепления его к чему угодно нагревающемуся, например, к процессору? А сверхминиатюрный - для встраивания в смартфоны и часы? Можно ли таким образом, не нарушая законов физики, прийти к минимально расходующим энергию приборам ("не ест, а нюхает")?
Ну, скажем, насчёт микроустройств не скажу - а вот макро устройства вполне себе выпускаются. Есть походные варианты от китайцев - размером с термос (и печка и генератор 2 в 1). Есть и большие варианты:
получать "электрокэшбек"
Удачный термин. Как и настоящий кэшбек, это будет не подарок, а просто переложенная из одного кармана в другой энергия. Радиаторы охлаждения у холодильников или процессоров сделаны для максимально быстрого отвода тепла, и любые попытки это использовать, будут просто ухудшать их эффективность, заставляя мотор холодильного компрессора или вентилятора процессорного кулера потреблять чуть больше энергии, причём, с учётом потерь, дополнительной энергии будет тратится больше, чем использоваться.
С электроплитами проще - они достаточно неэффективны, и большую часть тепловой энергии всё равно просто рассеивают (что можно, в какой-то мере, исправить, используя ухищрения, как в индукционных плитах - грея только посуду, а не половину кухни) Но вот к ста процентам даже теоретически не получится подойти - законы термодинамики неумолимы, из тепла энергию можно получить только если это тепло будет перетекать в более холодную среду, и 30% - 40% это не просто дофига, это близко к максимальному теоретическому пределу.
...в то время как термоэлектрические генераторы могут преобразовывать в электроэнергию только до 2% подаваемого на них тепла.
Это какой-то позапрошлый век. К примеру, у советских РИТЕГов доходило до 5,7% (Гонг), у американских до 6,8% (GPHS-RTG, Кассини, Новые Горизонты).
Сейчас уже существуют недорогие материалы, которые могут позволить достичь 33-37% при температурах порядка 1000℃.
Автор забыл упомянуть, что при мизерной эдс термопара может вырабатывает вполне себе приличный ток, единицы, а то и десятки ампер. На данном факте базируется автоматика контроля пламени, где ток, вырабатываемый нагретой пламенем термопарой, удерживает в открытом состоянии электроклапан подачи топлива.
Почти везде речь идёт о нагреве места спая, хотя правильнее было бы сразу говорить про градиент температуры между спаем и холодными концами.
А я в детстве ещё застал советский ТГК-3, который одевался на стекло керосиновой лампы. Его хватало для питания радиоприемника.
В Технике Молодежи была статья "В защиту электрических машин", которая вносила ясность в энтузиазм по поводу прямых преобразований чего-либо в электричество.
Однако теория говорит, что главная причина, ограничивающая электродвижущую силу любого термоэлемента, не пороки и несовершенства материала, а величина отношения постоянной Больцмана — k к заряду электрона — е. Эта величина — k/е носит, так сказать, фатальный характер, ибо ни заряд электрона, ни постоянную Больцмана человек изменить не в состоянии. Чтобы получить от термоэлемента более или менее высокое напряжение, потребовалось бы накаливать его до сотен тысяч или даже до миллионов градусов.
отклонение магнитной стрелки, расположенной неподалёку, в то время как на самом деле отклонение этой стрелки происходило под воздействием магнитного тока в термопаре, уже, в свою очередь, вызывающего возникновение электромагнитного поля.
что за магнитный ток, ток монополей что ли?
Тут всё гораздо проще - я имел в виду "электрический ток", а написал "магнитный" :) - опечатка. Поправил!
А есть ли аналог эффекта Зеебека в вакууме? Считается что вакуум состоит из пар (дублетов) заряженных и пар нейтральных бозонов Хиггса/ Голдстоуна, которые составляют скалярный конденсат (жидкость). Частица движется сквозь этот конденсат с постоянной скоростью, если мы ускорим частицу от её передней проекции будет отскакивать (излучаться) больше бозонов чем от задней, то есть для ускорения нам понадобятся некоторое усилия, далее частица продолжит свободное движение. Аналогично, есть ли мы замедлим частицу на её заднюю проекцию будет давить бозоны сильней чем на переднюю. Здесь приводится пример с зеркальным шаром и фотонами (физика с Погребинским). Вакуум сравнивают с сверхпроводником, где электроны при движении приобретают дополнительную (эффективную) массу. Ещё проще пример для сверхтекучести, когда тело движется в сверхтекучей жидкости вокруг тела образуется волна, которая будет сопротивляться изменению скорости тела, но не его движению с постоянной скоростью, это присоединённая масса или резонансный солитон/ фонон. В вакууме это механизм динамической генерации массы, бозоны непрерывно излучаются передней проекцией и поглощаются задней, они как бы привязаны к частице, далеко не улетают, в этом случае говорят частица съела бозон Голдстоуна и получила массу, такое возбуждение движется вместе с частицей и поэтому не наблюдается, а если частицу сильно ударить это возбуждение оторвётся и может некоторое время самостоятельно существовать, такое возбуждение наблюдается как бозон Хиггса. В сверхтекучей жидкости так же при достижении критической скорости Ландау с тела будут срываться фононы и уносить энергию, тормозить.
Скалярное поле в любой точке имеет ненулевую энергию, а теперь вообразите поверх этого ровного уровня существует некоторая горка энергии, мы знаем что максимумы концентрации тёмной энергии находятся в центрах войдов, а минимумы около масс, земли например. Теперь мы имеем горку градиент энергии направленный к масса. Скалярное поле обозначает что частицы его составляющие не имеют спина, имеют только импульс. Итак, на частицу помещённую в этот градиент из горячей области импульсы будут приходить сильнее чем с холодной и частица будет двигаться от горячей области к холодной, то есть к земле, по аналогии эффекта Зеебека. Теперь становится понятно почему инертная и тяготеющая массы одинаковы — эффективное сечение одно и то же. Так называемая отталкивающая гравитация тёмной энергии, которая и есть обычная гравитация, сила слабее других сил на 40 порядков.
карму заминусовали, смогу ответить не раньше чем через час
Теперь мне стало понятно почему ширина сварочного шва для разного типа подключения прямого и обратного отличается. Спасибо за наводку !
Термоэлектрические генераторы