Превръщането на топлинната енергия в електрическа енергия

Специфичното превръщане на топлинната енергия в електрическа енергия може да се осъществи, като се използват явления в контакт с два метала или полупроводници, при които действат външни сили, чрез които дифузията на заредените частици е оправдана.

Големината на контакт потенциал разлика зависи не само от параметрите на контакт материали, както и температурата на контакт, тъй като енергията, свързана с температурата на свободни електрони и тяхната концентрация.

Предвид затворена верига от 2-ил различни метали (фиг. 1а), може да се види, че при сравними температура контакти 1 и 2 с електронен ток във веригата не работи, тъй контакт потенциал разлика, определен от формула Uk = (А1 - А2): e0

Фиг. 1

в двата контакта са подобни, но са ориентирани в обратната посока по веригата:

Uk1 - Uk2 = (А1-А2) + (А2-А1): e0 = 0

Ако някой от контактите, например 1, се затопли (t1 > t2), тогава равновесието е нарушено - в контакт 1 се появява допълнителен потенциален скок, свързан с нагряването. В този случай UK1 > UK2. В схемата се появява термоелектромоторна сила (термоелемент), чиято абсолютна стойност е пропорционална на разликата в температурите на контакт:

Et = UK1 - UK2 = E0 (t1-t2),

където E0 Количество, което зависи от параметрите на металите, образуващи контакта.

Така че, Макаров, термо-е. и т.н. се появява в верига, състояща се от различни метали, при различни температури на ставите.

Топлоелектрическа. и т.н. в разглежданата верига се поддържа поради нагряване на кръстовище 1, т.е. с постоянно потребление на топлинна енергия. На свой ред термо-е. и т.н. е предпоставка за електронен ток.

Но концентрацията на свободни електрони в металите е голяма и варира много малко по време на прехода от един метал към друг. В тази връзка разликата в потенциалните контакти е незначителна и не зависи в достатъчна степен от температурата. Поради тази причина, железни термоелементи са много малки. и т.н. (в платино-желязната връзка 1.9 mV с разлика в температурите на горещите и хладните възли на 100 ° C) и тяхната ефективност не надвишава 0.5%. Тези термоелементи се използват за измерване на температури (термодвойки).

За да направите това, термо термометър се нарязва на термодвойка верига. и т.н. - миливолтметър (Фигура 1, 6). Термодвойка в този случай е източник на електронна енергия, а измервателното устройство е приемник.

Освен контакта на първите метали на термодвойката, техните контакти със свързващите проводници се формират помежду си (фиг. 1 - 2, 3). В тези контакти има и потенциални разлики в контактите, но те не променят термоелектрическата мощност. т.е. ако тяхната температура се поддържа подобна.

При наличие на произволен брой контакти от различни метали сумата от разликите в контактите в затворената верига остава нула, ако всички контакти имат подобна температура. Това може да бъде потвърдено чрез конструиране на уравнение, аналогично на горното. Независимо от броя на термо-д контактите. и т.н. е пропорционална на температурната разлика на по-загрятия контакт и всички други контакти при подобна температура.

За разлика от металите в полупроводниците, тъй като температурата се увеличава, концентрациите на свободни електрони и дупки се увеличават много. Това свойство на полупроводниците дава възможност за получаване на по-висока термоелектрическа мощност. и т.н. (до 1 mV на 1 ° C от температурната разлика) и ефективност на термоелементите до 7%.

Полупроводниковият термоелемент се състои от два полупроводника (п и R на фиг. 2). Някои от тях имат електрическа, а другата електрическа проводимост. Когато полупроводниците се загряват в кръстопътя на желязната си плоча, концентрацията на носители на свободно зареждане е много голяма. Ето защо дифузията в полупроводниците от горещия край до охладения край. В полупроводник с електрическа проводимост, електроните се придвижват към охладения край, в резултат на което този край се зарежда отрицателно. В друг полупроводник дупките се придвижват към охладения край, образувайки положително заряд. Разликата в потенциала, която изглежда, противодейства на дифузията и за определена стойност от нея установява равновесието на силите на електронното поле и силите на страната, под действието на което протича процесът на дифузия на носителя на заряда. Тази потенциална разлика е и термоелектрична. и т.н. полупроводникови термоелементи.

Ако проводящият елемент е свързан към охладените краища на полупроводниците, например резистор, тогава в него се появяват затворена верига и електронен ток.