فئات: مقالات مميزة » حقائق مثيرة للاهتمام
مرات المشاهدة: 161،925
تعليقات على المقال: 10
المولدات الحرارية: كيفية "لحام" الكهرباء على موقد الغاز
طرح أحد المنتديات الكهربائية السؤال التالي: "كيف يمكنني الحصول على الكهرباء باستخدام الغاز المنزلي العادي؟" كان الدافع وراء ذلك هو حقيقة أن الغاز من هذا الرفيق ، وبالفعل ، مثله مثل الكثيرين ، يتم دفعه ببساطة وفقًا للمعايير بدون عداد.
بغض النظر عن المبلغ الذي تستخدمه ، فأنت تدفع مبلغًا ثابتًا على أي حال ، ولماذا لا تتحول مدفوعة بالفعل ولكن لا تستخدم الغاز إلى كهرباء قائمة بذاتها؟ لذلك ظهر موضوع جديد في المنتدى ، والذي تم اختياره من قبل بقية المشاركين: محادثة حميمة لا تساعد فقط على تقليل يوم العمل ، ولكن أيضا لقتل وقت الفراغ.
تم اقتراح العديد من الخيارات. مجرد شراء مولد البنزين ، وملء بالبنزين التي تم الحصول عليها عن طريق التقطير من الغاز المنزلي ، أو إعادة تشكيل المولد للعمل على الفور على الغاز ، مثل السيارة.
بدلاً من محرك احتراق داخلي ، تم اقتراح محرك Stirling ، المعروف أيضًا باسم محرك الاحتراق الخارجي. فيما يلي مجرد بداية رائعة (التي ابتكرت السمة الجديدة) حصلت على مولد طاقة لا يقل عن 1 كيلو واط ، ولكن تم ترشيده ، قائلة إن مثل هذا ستيرلينغ لن يصلح حتى في مطبخ غرفة الطعام الصغيرة. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم أن يكون المولد صامتًا ، وإلا ، أنت تعرف ما الذي تفعله أنت بنفسك.
بعد العديد من الاقتراحات ، تذكر شخص ما رؤية صورة في كتاب يعرض مصباح الكيروسين مع جهاز نجم متعدد الشعاع لتشغيل جهاز استقبال الترانزستور. ولكن هذا سوف يناقش أكثر من ذلك بقليل ، ولكن الآن ...
مولد الحرارية. التاريخ والنظرية
من أجل الحصول على الكهرباء مباشرة من الموقد أو مصدر الحرارة ، يتم استخدام مولدات الحرارة. تماما مثل الحرارية ، ويستند مبدأ عملها على تأثير Seebeckافتتح في عام 1821.
التأثير المذكور هو أنه في دائرة مغلقة من اثنين من الموصلات متباينة تظهر emf إذا كانت تقاطعات الموصلات في درجات حرارة مختلفة. على سبيل المثال ، يوجد تقاطع ساخن في وعاء من الماء المغلي ، والآخر في كوب من ذوبان الجليد.
ينشأ التأثير من حقيقة أن طاقة الإلكترونات الحرة تعتمد على درجة الحرارة. في هذه الحالة ، تبدأ الإلكترونات في الانتقال من الموصل ، حيث يكون لديها طاقة أعلى في الموصل ، حيث تكون طاقة الشحنات أقل. إذا تم تسخين أحد الوصلات أكثر من الآخر ، فإن الفرق في طاقات الشحن عليه يكون أكبر من الآخر. لذلك ، إذا كانت الدائرة مغلقة ، ينشأ تيار فيها ، بالضبط نفس الطاقة الحرارية.
يمكن تحديد حجم الطاقة الحرارية تقريبًا بواسطة صيغة بسيطة:
E = α * (T1 - T2). هنا ، α هو المعامل الحراري الكهربي ، والذي يعتمد فقط على المعادن التي يتكون منها المزدوج الحراري أو المزدوج. يتم التعبير عن قيمتها عادة بالميكروفولت لكل درجة.
الفرق في درجة حرارة الوصلات في هذه الصيغة (T1 - T2): T1 هو درجة حرارة الوصلة الساخنة ، و T2 ، على التوالي ، من البرد. يتم توضيح الصيغة أعلاه بوضوح في الشكل 1.
الشكل 1. مبدأ الحرارية
هذا الرسم كلاسيكي ، ويمكن العثور عليه في أي كتاب الفيزياء. يوضح الشكل حلقة تتكون من اثنين من الموصلات A و B. يسمى تقاطع الموصلات الوصلات. كما هو موضح في الشكل ، في الوصلة الساخنة T1 ، يكون للبطارية الحرارية اتجاه من المعدن B إلى المعدن A. A في تقاطع بارد T2 من المعدن A إلى المعدن B. اتجاه الطاقة الحرارية الموضحة في الشكل صالح للحالة عندما تكون الطاقة الحرارية للمعدن A إيجابية فيما يتعلق بالمعادن B .
كيفية تحديد الطاقة الحرارية للمعادن
يتم تحديد الطاقة الحرارية للمعادن فيما يتعلق البلاتين. لهذا المزدوج الحرارية ، واحدة من الأقطاب التي البلاتين (حزب العمال) ، والآخر هو اختبار المعادن ، يتم تسخينه إلى 100 درجة مئوية. فيما يلي قيمة الميليفولت التي تم الحصول عليها لبعض المعادن.علاوة على ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن حجم الطاقة الحرارية لا يتغير فحسب ، بل وأيضًا فيما يتعلق بالبلاتين.
في هذه الحالة ، يلعب البلاتين نفس دور درجة 0 على مقياس درجة الحرارة ، والقياس الكامل لقيم الطاقة الحرارية هو كما يلي:
الأنتيمون +4.7 ، الحديد +1.6 ، الكادميوم +0.9 ، الزنك +0.75 ، النحاس +0.74 ، الذهب +0.73 ، الفضة +0.71 ، القصدير +0.41 ، الألومنيوم + 0.38 ، الزئبق 0 ، البلاتين 0.
بعد البلاتين والمعادن مع الطاقة الحرارية السلبية:
الكوبالت -1.54 ، النيكل -1.64 ، كونستانتين (سبيكة من النحاس والنيكل) -3.4 ، البزموت -6.5.
باستخدام هذا المقياس ، من السهل جدًا تحديد قيمة الطاقة الحرارية الكهربائية التي طورتها المزدوجة الحرارية التي تتكون من عدة معادن. للقيام بذلك ، يكفي حساب الفرق الجبري في قيم المعادن التي تصنع منها الأقطاب الحرارية.
على سبيل المثال ، بالنسبة لزوج بزموت الأنتيمون ، ستكون هذه القيمة +4.7 - (- 6.5) = 11.2 mV. إذا تم استخدام زوج من الألمنيوم والحديد كأقطاب ، فستكون هذه القيمة +1.6 - (+0.38) = 1.22 mV ، أي أقل بحوالي 10 أضعاف من الزوج الأول.
إذا تم الحفاظ على الوصلة الباردة عند درجة حرارة ثابتة ، على سبيل المثال ، 0 درجة ، فإن الطاقة الحرارية للوصل الساخن ستكون متناسبة مع تغير درجة الحرارة ، والذي يستخدم في المزدوجات الحرارية.
كيف تم إنشاء المولدات الحرارية
بالفعل في منتصف القرن 19 ، بذلت محاولات عديدة لخلق مولدات الحرارة - أجهزة لتوليد الطاقة الكهربائية ، أي لتوفير الطاقة لمختلف المستهلكين. مثل هذه المصادر ، كان من المفترض أن تستخدم بطاريات من المزدوجات الحرارية المتصلة سلسلة. يظهر تصميم مثل هذه البطارية في الشكل 2.
الشكل 2. البطارية الحرارية ، التخطيطي
الأول البطارية الحرارية تم إنشاؤها في منتصف القرن التاسع عشر من قبل علماء الفيزياء Oersted و فورييه. تم استخدام البزموت والأنتيمون كإلكترودات حرارية ، وهو نفس زوج المعدن النقي الذي يتمتع بأعلى طاقة حرارية. تم تسخين الوصلات الساخنة بواسطة محارق الغاز ، بينما وضعت الوصلات الباردة في وعاء به ثلج
في تجارب الكهرباء الحرارية ، تم اختراع المواد الحرارية في وقت لاحق ، وهي مناسبة للاستخدام في بعض العمليات التكنولوجية وحتى للإضاءة. مثال على ذلك ، بطارية Clamone ، التي تم تطويرها في عام 1874 ، وكانت قوتها كافية تمامًا للأغراض العملية: على سبيل المثال ، للتذهيب الجلفاني ، وكذلك للاستخدام في دور الطباعة وورش عمل النقش الشمسي. في نفس الوقت تقريبًا ، شارك العالم نوي أيضًا في دراسة المواد الحرارية ؛ كما كانت مواده الحرارية واسعة الانتشار أيضًا في ذلك الوقت.
لكن جميع هذه التجارب ، رغم نجاحها ، كانت محكوم عليها بالفشل ، لأن المواد الحرارية الحرارية القائمة على المعدن المزدوج النقي كانت ذات كفاءة منخفضة للغاية ، مما أعاق تطبيقها العملي. أبخرة معدنية بحتة لديها كفاءة فقط أعشار قليلة من المئة. تتمتع مواد أشباه الموصلات بكفاءة أكبر: بعض الأكاسيد والكبريتيدات والمركبات بين الفلزات.
أشباه الموصلات المزدوجات الحرارية
حدثت ثورة حقيقية في إنشاء المزدوجات الحرارية من أعمال الأكاديمي A.I. جوفي. في بداية الثلاثينيات من القرن العشرين ، طرح فكرة أن استخدام أشباه الموصلات يمكن تحويل الطاقة الحرارية ، بما في ذلك الطاقة الشمسية ، إلى طاقة كهربائية. بفضل الأبحاث التي أجريت بالفعل في عام 1940 ، تم إنشاء خلية ضوئية لأشباه الموصلات لتحويل الطاقة الضوئية الشمسية إلى طاقة كهربائية.
التطبيق العملي الأول أشباه الموصلات المزدوجات الحرارية يجب أن يُنظر إليه ، على ما يبدو ، على أنه "لاعب جماعي" ، مما أتاح توفير الطاقة لبعض محطات الراديو الحزبية المحمولة.
كان أساس المولدات الحرارية عناصر من كونستانتين و SbZn. استقرت درجة حرارة الوصلات الباردة عن طريق الماء المغلي ، في حين تم تسخين الوصلات الساخنة من لهب النار ، في حين تم ضمان اختلاف في درجة الحرارة لا يقل عن 250 ... 300 درجة. لم تكن كفاءة مثل هذا الجهاز أكثر من 1.5 ... 2.0٪ ، لكن القدرة على تشغيل محطات الراديو كانت كافية.بالطبع ، في أوقات الحرب هذه ، كان تصميم "الرامي" سرًا للدولة ، وحتى الآن ، يتم مناقشة تصميمه في العديد من منتديات الإنترنت.
مولدات الحرارة المنزلية
بالفعل في الخمسينيات بعد الحرب ، بدأت الصناعة السوفيتية الإنتاج مولدات حرارية TGK - 3. كان الغرض الرئيسي منه هو تشغيل أجهزة اللاسلكي التي تعمل بالبطاريات في المناطق الريفية غير المكهربة. كانت طاقة المولدات 3 وات ، مما أتاح تشغيل مستقبلات البطارية ، مثل Tula و Iskra و Tallinn B-2 و Rodina-47 و Rodina-52 وبعضها الآخر.
يظهر مظهر المولد الحراري TGK-3 في الشكل 3.
الشكل 3. مولد الحرارية TGK-3
تصميم المولدات الحرارية
كما ذكرنا سابقًا ، تم تصميم مولد الحرارة للاستخدام في المناطق الريفية ، حيث تم استخدام الإضاءة مصابيح الكيروسين "البرق". لم يعد هذا المصباح المجهز بمولد حراري مصدرًا للضوء فحسب ، بل أيضًا مصدرًا للكهرباء.
في الوقت نفسه ، لم تكن هناك حاجة إلى تكاليف وقود إضافية ، لأن هذا الجزء بالضبط من الكيروسين الذي طار ببساطة في الأنبوب تحول إلى كهرباء. علاوة على ذلك ، كان هذا المولد جاهزًا دائمًا للتشغيل ، وكان تصميمه بحيث لم يكن هناك شيء يمكن اقتحامه. المولد يمكن أن يكذب ببساطة الخمول ، والعمل دون تحميل ، لم يكن خائفا من دوائر قصيرة. تبدو حياة المولد ، مقارنة بالبطاريات المجلفنة ، أبدية.
يلعب دور أنبوب العادم لمصباح الكيروسين "البرق" بواسطة الجزء الأسطواني المطول من الزجاج. عند استخدام المصباح مع مولد الحرارة ، تم تقصير الزجاج وإدخال وحدة نقل الحرارة المعدنية 1 فيه ، كما هو مبين في الشكل 4.
الشكل 4. مصباح الكيروسين مع مولد الحرارية
الجزء الخارجي من جهاز الإرسال الحراري هو في شكل موشور متعدد الجوانب التي يتم تركيبها بالحرارة. لزيادة كفاءة نقل الحرارة ، كان لجهاز الإرسال الحراري الموجود في الداخل عدة قنوات طولية. عبر هذه القنوات ، دخلت الغازات الساخنة في ماسورة العادم 3 ، مما أدى في الوقت نفسه إلى تسخين اللدائن الحرارية ، وبشكل أدق ، تقاطعاتها الساخنة.
تم استخدام المبرد تبريد الهواء لتبريد الوصلات الباردة. إنه ضلع معدني مثبت على الأسطح الخارجية للكتل الحرارية.
مولد حراري - TGK3 يتألف من قسمين مستقلين. ولدت واحدة منهم الجهد من 2V في الحمل الحالي لمدة تصل إلى 2A. تم استخدام هذا القسم للحصول على الجهد الأنود من المصابيح باستخدام محول الاهتزاز. تم استخدام قسم آخر بجهد 1.2 فولت وحمل تيار يبلغ 0.5 A لتشغيل خيوط المصابيح.
من السهل حساب أن طاقة هذا المولِّد الحراري لم تتجاوز 5 واط ، لكنها كانت كافية لجهاز الاستقبال ، مما جعل من الممكن تفتيح أمسيات الشتاء الطويلة. الآن ، بالطبع ، يبدو هذا سخيفًا ، لكن في تلك الأيام ، كان مثل هذا الجهاز بلا شك معجزة للتكنولوجيا.
في عام 1834 ، اكتشف الفرنسي جان تشارلز أتاناز بلتيير التأثير المعاكس لتأثير سيبيك. معنى الاكتشاف هو أنه أثناء مرور التيار عبر الوصلة من المواد المختلفة (المعادن والسبائك وأشباه الموصلات) يتم إطلاق الحرارة أو امتصاصها ، وهذا يعتمد على اتجاه التيار وأنواع المواد. هذا موصوف بالتفصيل هنا: تأثير بلتيير: التأثير السحري للتيار الكهربائي
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: