energie termică și de frig, de ce avem nevoie de Thermoelectrics

Thermoelectrics - materiale capabile să transforme energia electrică într-o diferență de temperatură sau, invers, de la diferența de temperatură pentru a obține energie electrică - a fost mult timp cunoscut de oamenii de știință, dar noua tehnologie poate extinde domeniul de aplicare a acestora. Acum Thermoelectrics folosit, de exemplu, pentru a genera rece sub stres. Cu toate acestea, noi nu vorbim despre frigidere casnice obișnuite, și că, prin intermediul unor dispozitive, constând din materiale semiconductoare, curentul electric este trecut și, ca urmare, există o răcire activă. Astfel de dispozitive pot fi utilizate, inclusiv în casă. De exemplu, într-un coș de picnic, care poate fi conectat la țigări autovehiculului brichetă, și de la 12 volți pentru a obține suficient de rece pentru că produsele nu au deteriorat.

În ceea ce privește producerea de energie electrică, aici utilizarea de materiale termoelectrice încă în stadiul de modele experimentale. De exemplu, dispozitivul termoelectric instalat pe vehicul, și căldura reziduală, sau pierdute ca urmare a frânării, sau ca rezultat al motorului la ralanti, acesta este convertit într-o anumită putere. Aproximativ 40% din căldura pierdută poate fi astfel transformată în energie electrică suplimentară la putere suplimentară la bord sisteme.

Același tip de aparat poate fi utilizat în locuințe. În cazul în care casa are sistem de încălzire, astfel încât există condiții pentru a crea o diferență de temperatură. Un materiale termoelectrice au convertit deja excesul de căldură în energie electrică suplimentară. Cu toate acestea, în timp ce ei o fac cu o eficiență foarte scăzută (6-7%).

Dar acest lucru poate fi suficient pentru a furniza energia televizorului sau calculatorului.

Materiale Thermoelectric au fost deschise pentru o lungă perioadă de timp. Primul om de știință german Thomas Johann Seebeck a descoperit relația dintre căldură și electricitate. Apoi a studiat fenomene termoelectrice mai detaliat fizicianul francez Zhan Pelte. Suma legilor SEEBECK și Peltier a servit ca bază pentru prima observație experimentală a efectului termoelectric. În mijlocul secolului al XIX-lea a produs un fizician român Emiliy Hristianovich Lents. El a luat intersecția firelor de bismut și antimoniu, am pus o picătură de apă pe el, a ratat de energie electrică, iar scăderea este înghețat.

Pentru a determina cât de mare eficiența diferitelor materiale termoelectrice, a fost nevoie de sistemul de măsurare. Și apoi am inventat o cantitate adimensional numit „factorul de calitate al materialului termoelectric“. Se ia în considerare efectul transferului de purtătorilor de sarcină și efectul mass-media de transfer de căldură într-un singur compus.

Pentru compușii propuși academician Ioffe, valoarea Q a fost de aproximativ 0,6. Datorită eforturilor de dopaj, doparea acestor compuși, ele sunt într-o perioadă relativ scurtă de timp, au fost aduse la o mai mare eficiență, egală cu 0,9 deja, și începerea producției comerciale.

De atunci, toate încercările de a îmbunătăți eficiența unui material termoelectric nu au dat rezultate, până la mijlocul anilor '90 ai secolului XX nu este o idee nouă să prezinte Slack, un fizician american de la Universitatea Politehnica Renselerovskogo. El a spus că, odată ce rolul imens jucat de două procese: transportul purtătorilor de sarcină, adică, electroni sau găuri, și transportul fononilor, de exemplu, transportul de căldură, - necesitatea de a crea o astfel de conexiune, în care aceste două tipuri de transport vor fi împărțite. Și a venit cu un concept numit „sticlă fononului -. Un cip electronic“

Pe baza acestui concept, care să specifice, să modifice (devenind un „fonon și electroni cu cristale lichide“), o nouă materiale termoelectrice au fost create în ultimii 15 de ani. Fiecare dintre ele are argumente pro și contra, dar dacă vom rezuma tot ceea ce avem astăzi, pentru a crea frig sub influența electricității, nu este nimic mai bun decât telurura de bismut. Dar, în scopul de a genera energie electrică sub influența temperaturii în intervalul de 200-600 grade, noii compuși au fost găsite.

Întrebarea este cum de a aduce acești compuși la tehnologii industriale.

Ceea ce acești compuși noi sunt interesante? De exemplu, ele nu conțin un element precum telur, care este unul dintre cele mai rare elemente de pe pământ. Și totuși, fără telur este producția completă a unui singur material termoelectric. Aceasta este o oportunitate de a-l înlocui cu materiale mai accesibile: fier, cupru, antimoniu, nichel, sulf, seleniu.

Există noi modalități de utilizare a materialelor termoelectrice. Înapoi în anii '50 - începutul anilor 60-e ale secolului XX, au fost utilizate în spațiu. Ideea a fost că căldura necesară pentru materialul termoelectric, pentru a da o sursă radioactivă. au fost stabilite astfel de dispozitive în care probă plutoniu, auto-încălzire, oferind suficientă căldură pentru sistemele autonome - pe sateliți, obiecte spațiale - materiale de lucru termoelectric și mese de zbor permise.

Astăzi suntem conștienți de faptul că utilizarea de materiale radioactive, nu este sigur și cu siguranță nu pot fi transferate această experiență la ceea ce noi numim obiecte ale economiei sau obiecte de uz casnic - siguranța este primordială. Cu toate acestea, există idei de utilizare a surselor alternative de căldură (de exemplu, radiația infraroșu de la soare) la materialele termoelectrice și transformarea energiei termice în energie electrică.