19 Билет

Термоэлектрические генераторы.

Преобразовывают тепловую энергию в электрическую.

Достоинства.

1. Отсутствует движущая часть

2. Нет необходимости в высоких давлениях

3. Для преобразования могут быть использованы любые источники теплоты

4. Имеется большой ресурс работ

В качестве источников тепла термоэлектрические генераторы могут использовать энергию атомных реакторов, солнечную радиационную энергию, органическое топливо.

Принцип работы термоэлектрического генератора основан на эффекте Зеебека.

Сущность эффекта: в замкнутой цепи состоящей из неоднородных материалов протекает электрический ток при разной температуре контактов материала.

[Рисунок]

Эффект Зеебека можно объяснить тем что, средняя энергия свободных электронов различна в разных проводниках и по-разному увеличиваются с повышением температуры. Если вдоль проводника существует перепад температур, то возникает направленный поток электронов от горячего спая к холодному. Вследствие этого у холодного спая образуется избыток отрицательного заряда, а у горячего спая положительный поток более интенсивен в проводниках с большей концентрацией электронов. Если цепь термоэлемента разомкнута то отрицательный потенциал холодного спая увеличиваются до тех пор пока не установится динамическое равновесия между электронами, которые уходят от горячего спая и электронами, которые возвращаются к горячему спаю под действием разности потенциалов и напряженности.

Чем меньше электропроводимость материала, тем меньше скорость обратного перетока электронов. Чем больше электропроводимость материала, тем выше ЭДС такого элемента, поэтому полупроводниковые материалы лучше, чем металлы.

Еще применением такого элемента называется тепловой насос, который с одной стороны поглощает теплоту, а с другой выделяет при прикладывании напряжение к термоэлементу.

20 Билет

Радиоизотопные источники энергии

Естественный радиоактивный распад сопровождается выделением кинетической энергии осколков ядер и гамма излучений. Эта кинетическая энергия поглощается внешней средой, которой окружает изотоп с образованием тепловой энергии, которую можно использовать для получения электрической энергии. Термоэлектрическим способом установки, которая преобразует энергию естественного радиоактивного распада в электрическую энергию с помощью термоэлемента называемого радиоизотопными термогенераторами. Такие термогенераторы надежны в работе, обладают большими сроками службы, компактны и успешно используются в качестве автономных источников энергии для различных объектов, космического и наземного использования. Имеют КПД до 5% и срок службы 10 лет. Такие генераторы особенного пригодны для изучения космического пространства и работают длительно в неблагоприятных условиях, при космическом ионизирующем излучении.

21 Вопрос. Термоэмиссионные генераторы.

Явление термоэлектронной эмиссии было открыто в 1883 году инженером Эдисоном во время создания электрической лампы, во время своих экспериментов он перемещал в 1-ой колбе 2 нити, когда перегорала одна из них, то он включал другую. Во время испытания таких ламп было замечено, что часть электронов переходит от горячей нити к холодной, то есть электроны испаряются с горячей нити, она называется катод, и движутся к холодной, которая называется анод, и далее во внешнюю электрическую цепь. При этом часть тепловой энергии переноситься и расходуется на нагревание катода, а часть энергии выделяется во внешнюю электрическую цепь, создавая ЭДС. Анод разогревается за счёт теплоты переносимой электронами. Чем ниже температура анода по сравнению с катодом, тем большая часть тепловой энергии переходит в электрическую. В процессе термоэлектронной эмиссии с поверхности металлов происходит выход свободных электронов, в металлах число свободных электронов может достигать 6* в 1 . Внутри металла сила притяжения электрона сбалансированы положительно заряженными ядрами. Непосредственно у поверхности металла на электроны действуют результирующие силы притяжения, для преодоления которых и выхода за пределы металла электрону нужно обладать достаточной кинетической энергией. Увеличение кинической энергии происходит при нагревании металла. Втермоэмиссионных генераторах для нагревания катода можно использовать теплоту получаемую в результате ядерных реакций. КПД ядерного термоэмиссионного преобразователя может достигать 15%.

Ядерный термоэмиссионный преобразователь.

22 вопрос. Электрохимические генераторы. В электрохимических генераторах происходит прямое преобразование химической энергии в электрическую. Возникновение ЭДС в гальваническом элементе, связано со способностью металла, посылать свои ионы в раствор, в результате молекулярного взаимодействия между ионами металлов в момент каждого раствора. Расположение электрических зарядов цинкового электрода и раствора сернокислотного цинка. Молекулы воды стремятся окружить положительные ионы цинка в металле. В результате этого, под действием электростатических сил, положительные ионы цинка переходят в раствор сернокислотного цинка, этому способствует дипольный момент воды. По мере перехода ионов цинка в раствор, увеличивается отрицательный потенциал электродов, препятствующий этому процессу. При некотором потенциале электронов, наступает динамическое равновесие. При котором поток ионов в раствор, компенсируется, тепловым движением ионов, обратно электродов. Такой равновесный момент называетсяэлектрохимическим размером потенциала металла относительно данного электролита. Если приложить внешнее напряжение к электроду, то усилится поток ионов, от электрода в раствор. Если включить электрон на внешнюю нагрузку, то усилится поток ионов из раствора электрона. Водородно - кислородный топливный элемент .

Электроды в топливном элементе выполняются пористо. На аноде происходит переход положительных ионов водорода в электролит. Оставшейся электрон по внешней цепи переходит к катоду, создавая электрический ток во внешней цепи. Атомный кислород находящийся на катоде, присоединяет из воды атома водорода, и переходит в раствор в виде отрицательных ионов гидрооксида H. Ионы гидрооксида, находясь в атоме водорода образуют воздух. Таким образом, подводя к топливному элементу водород и кислород, происходит окисление тока с образованием воды, создавая электрический ток во внешней цепи. Если к такому топливному току, приложить внешнее напряжение, а в качестве электролиза использовать воду, то будет происходить обратный процесс на разложение воды т.е. электролиз!