Электричество от тепла – принцип работы, применение, как сделать

Содержание

принцип работы, применение, как сделать

Согласно мировой статистике, от общего числа выработанной электроэнергии, на ТЭС приходится более 60%. Как известно, для работы тепловых электростанций необходимо органическое топливо, запасы которого не бесконечны. Помимо того, положенный в основу техпроцесс не является экологически чистым. Но низкая стоимость оргтоплива и высокий КПД ТЭС, позволяет получать «дешевое» электричество, что оправдывает применение данной технологии. Выход из сложившейся ситуации – альтернативные источники энергии, к таковым относятся термоэлектрические генераторы (далее ТЭГ), о них и пойдет речь в этой статье.

Что такое термоэлектрический генератор?

Так принято называть устройство, позволяющее преобразовать тепловую энергию в электрическую. Следует уточнить, что термин «Тепловая» не совсем точен, поскольку тепло, это способ передачи, а не отдельный вид энергии. Под данным определением подразумевается общая кинетическая энергия молекул, атомов и других структурных элементов, из которых состоит вещество.

Несмотря на то, что на ТЭС сжигается топливо для получения электричества, ее нельзя отнести к ТЭГ. На таких станциях тепловая энергия вначале преобразуется в кинетическую, а она уже в электрическую. То есть, топливо сжигается для получения из воды пара, который вращает турбину электрического генератора.

Схема работы ТЭССхема работы ТЭС

Исходя из выше изложенного, следует уточнить, что ТЕГ должен генерировать электроэнергию без промежуточных преобразований.

Принцип работы

В основе ТЭГ лежит термоэлектрическое явление, описанное в начале 20-х годов XIX века немецким ученым-физиком Томасом Иоганном Зеебеком. Он обнаружил появление ЭДС в цепи замкнутого типа, состоящей из проводника и сурьмы, при условии создания разности температур в местах, где эти материалы контактируют. Изображение устройства, при помощи которого был зафиксирован данный эффект, представлено ниже.

Термопара из опыта ЗеебекаТермопара из опыта Зеебека

Обозначения:

  • 1 – медный проводник.
  • 2 – проводник из сурьмы.
  • 3 – стрелка компаса.
  • А и В – места контакта двух проводников.

При нагревании одного из контактов стрелка отклонялась, что свидетельствовало о наличии магнитного поля, вызванного ЭДС. При нагреве другого контакта, направление ЭДС менялось на противоположное. Соответственно, при разрыве цепи, можно зафиксировать разность потенциалов на ее концах.

Через 12 лет, после публикации Зеебеком результатов своих опытов, французским физиком Жаном Пельтье был обнаружен обратный эффект. Если через цепь термопары пропускать ток, то в местах контакта этих веществ возникает разность температур. Мы не будем приводить описание опыта Пельтье, а также данные по современным одноименным элементам, эту информацию можно найти на нашем сайте.

По сути, оба эти эффекта обратные стороны одного термоэлектрического явления, позволяющего напрямую получать электричество из тепловой энергии. Но, до открытия полупроводников, термоэлектрический эффект не находил практического применения, ввиду неприемлемо низкого КПД. Поднять его до 5% удалось только в середине пошлого века. К сожалению, даже у современных полупроводниковых элементов, этот показатель остается на уровне 8%-12%, что не позволяет рассматривать генераторы данного типа в качестве серьезных конкурентов ТЭС.

Современный элемент Пельтье с указанием размеровСовременный элемент Пельтье с указанием размеров

Перспективы

В настоящее время продолжаются опыты по подбору оптимальных термопар, что позволит увеличить КПД. Проблема заключается в том, что под данные исследования затруднительно подвести теоретическую базу, поэтому приходится полагаться только на результаты экспериментов. Учитывая, что на эффект влияет процентное соотношение и состав сплавов материала для термопар, говорить о ближайших перспективах неблагодарное занятие.

Велика вероятность, что в ближайшее время для повышения добротности термоэлементов, разработчики перейдут на другой уровень изготовления сплава для термопар, с использованием нано-технологий, ям квантования и т.д.

Вполне возможно, что будет разработан совершенно иной принцип с использованием нетрадиционных материалов. В качестве примера можно привести эксперименты, проводимые в Калифорнийском университете, где для замены термопары использовалась искусственная синтезированная молекула, которая соединяла два золотых микро проводника.

Молекула вместо термопарыМолекула вместо термопары

Первые опыты показали возможность реализации идеи, насколько она перспективна, покажет время.

Сфера применения и виды термоэлектрических генераторов

В виду низкого КПД для ТЭГ остается два варианта применения:

  1. В местах, где недоступны другие источники электроэнергии.
  2. В процессах, где имеется избыток тепла.

Приведем несколько примеров таких устройств.

Энергопечи

Данные, устройства, совмещающие в себе следующие функции:

  • Варочной поверхности.
  • Обогревателя.
  • Источника электроэнергии.

Это прекрасный образец, объединяющий все оба варианта применения.

Индигирка – три в одномИндигирка – три в одном

У представленной на рисунке энергопечи следующие параметры:

  • Вес – чуть больше 50 килограмм (без учета топлива).
  • Размеры: 65х43х54 см (с разобранным дымоходом).
  • Оптимальная загрузка оргтоплива – 30 литров. Допускается использование лиственной древесины, торфа, бурового (не каменного!) угля.
  • Средняя тепловая мощность устройства около 4,5 кВт.
  • Мощность электронагрузки от 45-50 Вт.
  • Стабилизированное постоянное напряжение на выходе – 12 В.

Как видите, эти параметры вполне приемлемы для условий, где нет электричества, отопления и газа. Что касается небольшой электрической мощности, то ее вполне достаточно для зарядки мобильных устройств или питания других гаджетов, через адаптер от автомобильного прикуривателя.

Радиоизотопные ТЭГ

В качестве источника тепла для ТЭГ может выступать тепловая энергия, выделяющаяся в процессе распада нестабильных элементов. Такие источники называют радиоизотопными. Основное их преимущество заключается в том, что не требуется постоянная загрузка топлива. Недостаток – необходимость установки защиты от ионизирующего излучения, невозможность перезаправки топлива и необходимость утилизации.

Срок эксплуатации таких источников напрямую зависит от периода полураспада вещества, используемого в качестве топлива. К последнему предъявляется следующий ряд требований:

  • Высокий коэффициент объемной активности, то есть небольшое количество вещества должно обеспечивать нужный уровень выделения энергии.
  • Поддержка необходимого уровня мощности в течение длительного времени. На этот параметр отвечает, как было отмечено выше, влияет период полураспада, например у стронция-90 он 29 лет, следовательно, источник через это время потеряет половину своей мощности.
  • Ионизирующее излучение должно быть удобным для утилизации, то есть в нем должны преобладать α-частицы.
  • Необходимый уровень безопасности. То есть ионизирующее излучение не должно нанести вред экологии (в случае эксплуатации на земле) и питающемуся от такого источника оборудованию.

Таким критериям отвечают изотопы кюрия-244, плутония-238 и упоминавшийся выше стронций-90.

Сфера применения РИТЕГ

Несмотря на серьезные требования к таким источникам, сфера их применения довольно разнообразна, они используются как в космосе, так и на земле. Ниже на фото, изображен РИТЕГ, работавший на космическом аппарате Кассини. В качестве топлива использовался изотоп плутония-238. Период полураспада этого элемента чуть больше 87 лет. Под конец 20-ти летней мисси источник вырабатывал 650 Вт электроэнергии.

Радиоизотопное «сердце» КассиниРадиоизотопное «сердце» Кассини

Кассини была приведена в качестве примера, а на счет массовости можно констатировать, что, практически, все КА для электропитания оборудования используют РИТЕГ. К сожалению, характеристики радиоизотопных источников энергии космических аппаратов, как правило, не публикуются.

На земле ситуация приблизительно такая же. Технология РИТЕГ как бы известна, но ее детали относятся к закрытой информации. Достоверно известно, что такие установки применяются в качестве источника питания навигационного оборудования в местности, где по техническим причинам невозможно получать электроэнергию другим способом. То есть, речь идет о труднодоступных регионах.

К сожалению, такие источники не самая подходящая альтернатива ТЭС с экологической точки зрения.

РИТЕГ поднятый с 14-митровой глубины возле СахалинаРИТЕГ поднятый с 14-митровой глубины возле Сахалина

Как сделать термоэлектрический генератор своими руками?

В завершении расскажем, как сделать ТЕГ, которым можно пользоваться в турпоходе, на охоте или рыбалке. Естественно, мощность таких устройств будет уступать радиоизотопным генераторам энергии, но ввиду труднодоступности плутония, и его неприятным свойством наносить вред человеческому организму придется довольствоваться малым.

Нам понадобится термоэлектрический элемент, например, ТЕС1 12710. Желательно использовать несколько элементов, подключенных параллельно, для увеличения мощности. К сожалению, тут есть очень серьезный нюанс, потребуется подобрать элементы со сходными параметрами, что у китайской продукции практически не реально, а использовать брендовую дорого, проще купить готовый генератор. Если использовать один модуль Пельте, то его мощности едва хватит для зарядки телефона или другого гаджета. Нам также понадобится металлический корпус, например, отслужившего блока питания ПК и радиатор от процессора.

Основные моменты сборки:

Наносим на корпус термопасту в месте, где будет крепиться термоэлектрический элемент, прислоняем его и фиксируем радиатором. В результате у нас получается конструкция, как на нижнем рисунке.

Туристический ТЭГТуристический ТЭГ

В качестве топлива лучше всего использовать «сухой спирт».

Теперь необходимо подключить к нашему источнику стабилизатор напряжения (схему можно найти на нашем сайте или в других тематических источниках).

Конструкция готова, можно приступать к проверке.

www.asutpp.ru

Термоэлектрический генератор своими руками: видео, фото, инструкция

Многих электриков интересует один очень популярный вопрос – как автономно и бесплатно получить небольшое количество электроэнергии. Очень часто, к примеру, при выезде на природу или походе катастрофически не хватает розетки для подзарядки телефона либо включения светильника. В этом случае Вам поможет самодельный термоэлектрический модуль, собранный на базе элемента Пельтье. С помощью такого устройства можно генерировать ток, напряжением до 5 Вольт, чего вполне хватит для зарядки девайса и подключения лампы в экстренной ситуации. Далее мы расскажем, как сделать термоэлектрический генератор своими руками, предоставив простой мастер-класс в картинках и с видео примерами!

Кратко о принципе действия

Чтобы в дальнейшем Вы понимали, для чего нужны те или иные запчасти при сборке самодельного термоэлектрического генератора, сначала поговорим об устройстве элемента Пельтье и о том, как он работает. Данный модуль состоит из последовательно соединенных полупроводников – pn переходов, находящихся между керамическими пластинами, как показано на картинке ниже.

Схема работы модуля Пельтье

Когда через такую цепь проходит электрический ток, происходит так называемый эффект Пельтье — одна сторона модуля нагревается, а вторая – охлаждается. Для чего это нам нужно? Все очень просто, данный эффект работает и в обратном направлении: если одну сторону пластины нагреть, а второю охладить, то можно получить электроэнергию небольшого напряжения и силы тока. Огромное преимущество данного метода в том, что можно использовать любой источник тепла, будь то костер, или горячая кружка с кипятком, остывающая плита и так далее. Для охлаждения можно применять воздух или для более мощных вариантов – обыкновенную воду, которая обязательно найдется даже в условиях похода. Далее переходим к мастер-классам, которые наглядно покажут из чего и как сделать термоэлектрический генератор своими руками.

Мастер-класс по сборке

У нас есть очень подробная и в то же время простая инструкция по сборке самодельного генератора электроэнергии на базе мини-печи и элемента Пельтье. Она пригодится каждому путешественнику в походе. Для начала Вам необходимо подготовить следующие материалы:

  • Непосредственно сам элемент Пельтье с параметрами: максимальный ток 10 А, напряжение 15 Вольт, размеры 40*40*3,4 мм. Маркировка – TEC 1-12710.
  • Старый нерабочий блок питания от компьютера (с него нужен только металлический корпус).
  • Стабилизатор напряжения, со следующими техническими характеристиками: входное напряжение 1-5 Вольт, на выходе – 5 Вольт. В данной инструкции по сборке термоэлектрического генератора используется модуль с USB выходом, что упростит и сделает безопасным процесс подзарядки современного телефона либо планшета. Эту деталь можно приобрести в магазине радиокомпонентов или в интернете.
  • Радиатор. Можно взять от процессора сразу с кулером (вентилятором), как показано на фото.
  • Термопаста, продается в компьютерном магазине.

Исходные материалыРадиатор с куллером фото

Подготовив все материалы, можно переходить к изготовлению устройства своими руками. Итак, чтобы Вам было понятнее, как самому сделать генератор, предоставляем пошаговый мастер-класс с картинками и подробным объяснением:

  1. Разберите старый блок питания и оставьте только корпус. Он будет использоваться, как место розжига огня (так называемая печь). Будьте внимательны, даже на старых блоках питания в высоковольтной части на конденсаторах может остаться опасное для жизни напряжение. Поэтому перед работой оденьте диэлектрические перчатки, убедитесь в отсутствии потенциала на конденсаторе, для уверенности замкните его контакты, и будьте предельно осторожны во время разборки!
  2. На радиатор нанесите термопасту тонким, однородным слоем и прислоните элемент Пельтье. Устанавливать нужно маркировкой к радиатору, это будет холодная сторона. Если Вы перепутаете стороны местами, в дальнейшем нужно будет поменять полярность проводов, чтобы термоэлектрический генератор работал правильно и не испортил преобразователь. Вместо термопасты вы можете использовать специальный теплопроводный клей, это будет даже лучше: не придется дополнительно крепить радиатор к корпусу.
    Первый шаг сборки
  3. К обратной стороне модуля прислоните корпус блока питания, как показано на фото ниже.
  4. Прикрепите радиатор к корпусу с помощью металлической проволоки.
  5. К выводам элемента припаяйте стабилизатор напряжения с выходом USB. Кстати, для этого можно сделать паяльник сделать своими руками.Следующий этап
  6. Аккуратно поместите 5-вольтовый преобразователь в радиаторе и переходите к испытаниям самодельного термоэлектрического генератора. Не забудьте заизолировать преобразователь с помощью изоленты.
    Итог работыПояснение

Работает термоэлектрический генератор следующим образом: внутрь печи Вы засыпаете дрова, мелкие щепки, поджигаете их и ждете несколько минут, пока одна из сторон термоэлемента не нагреется. Параллельно можно вскипятить воду на решетке. Для подзарядки телефона нужно, чтобы разница между температурами разных сторон была около 100оС. Если охлаждающая часть (радиатор) будет нагреваться, его нужно будет остужать – аккуратно поливать водой, поставить на него кружку с жидкостью, льдом и т.д. Лучше крепить радиатор так, чтобы его ребра были расположены вертикально, это улучшает отдачу тепла воздуху.

А вот и видео, на котором наглядно показывается, как работает самодельный электрогенератор на дровах:

Генерация электричества из огня

Также можно установить на холодную сторону устройства вентилятор от компьютера, что несколько изменит его конструкцию. Давайте рассмотрим этот вариант по подробнее:Самодельный аппарат с системой охлаждения

В этом случае кулер будет затрачивать небольшую долю мощности генераторной установки, но в итоге система будет работать с более высоким КПД. Помимо телефонной зарядки модуль Пельтье можно использовать в качестве источника электроэнергии для фонарика, что не менее полезный вариант применения генератора. Еще одна особенность данной конструкции — это способность регулировать высоту над огнем. Для этого автор использует деталь от CD-ROMа (на одном из фото хорошо видно, как самому можно изготовить конструкцию).

Автономное электричество на даче

Конструкция самодельного электрогенератора

Регулятор высоты печки

Если сделать термоэлектрический генератор своими руками по такой методике, на выходе у Вас может быть до 8 Вольт напряжения, поэтому для подзарядки телефона, нужно подключить понижающий преобразователь, который сделает на выходе стабильные 5 В.

Ну и последний вариант самодельного источника электроэнергии для дома может быть представлен такой схемой: элемент между двух алюминиевых «кирпичиков», медная трубка (водяное охлаждение) и конфорка. Как результат – эффективный генератор, позволяющий получить бесплатное электричество в домашних условиях! Например, при остывании конфорки, когда ей никто не пользуется. Или очень часто люди используют печь для обогрева, так вот часть этой энергии может пойти на зарядку вашего гаджета.

Электрогенератор из подручных материалов

Оригинальная идея — горячая вода, как источник тепла

Второй эксперимент с водой

Вот мы и предоставили три простых варианта самодельного аппарата, который можно собрать из подручных средств. Теперь Вы знаете как сделать термоэлектрический генератор своими руками, на чем основан принцип работы элемента Пельтье и для чего его можно использовать!

Будет интересным к прочтению:

samelectrik.ru

Простая тепловая электростанция своими руками

Как с помощью свечки зарядить сотовый телефон? Очень просто — для этого можно собрать простейшую тепловую электростанцию всего из нескольких очень доступных элементов.
Вещица эта довольно крутая, её можно взять с собой в поход или на рыбалку и в любой ситуации иметь возможность зарядить мобильное устройство, будь-то телефон или планшет.
В отличии от Power Bank этот генератор не имеет ограничения и может работать постоянно. В качестве источника тепла можно использовать не только свечу, но и щепки дров или бумагу.
Простая тепловая электростанция своими руками
Простая тепловая электростанция своими руками
Простой теплоэлектрогенератор своими руками

Детали тепловой электростанции

Изготовление теплогенератора своими руками

Первое что нужно сделать это найти консервную банку. Отрезать у неё дно и по всей боковой поверхности просверлить множественные мелкие отверстия. Большие отверстия делать не стоит, иначе в ветреную погоду огонь будет тухнуть от сильного ветра.
Простой теплоэлектрогенератор своими руками
Затем, ножницами по металлу вырезаем окно для свечки внизу банки.
Простая тепловая электростанция своими руками
Простая тепловая электростанция своими руками
Обязательно после отрезки зачищаем острые края напильником или надфилем.
Простой теплоэлектрогенератор своими руками
Вот само сердце теплового генератора — элемент Пельтье. Он будет вырабатывать ток при разности температуры его поверхностей. То есть, одну сторону мы будем нагревать свечкой, а вторую будем охлаждать радиатором от компьютера.
элемент Пельтье
Чтобы обеспечить надежную передачу тепла элементу Пельтье, нанесем на его стороны теплопроводящую мазь.
Простой теплоэлектрогенератор своими руками
Мажем тонким слоем одну сторону.
Простой теплоэлектрогенератор своими руками
Прикладываем к банке.
Простой теплоэлектрогенератор своими руками
Мажем вторую сторону
Простой теплоэлектрогенератор своими руками
Чтобы в периоде эксплуатации провода не поплавились о раскаленную банку, необходимо одеть стекловолоконные отрезки трубки — кембрики.
Простой теплоэлектрогенератор своими руками
И уже сверху устанавливаем радиатор от процессора компьютера. Кулера с верху не будет, все будет охлаждаться естественно. Тем более на природе небольшой ветерок сделает свое дело.
Простой теплоэлектрогенератор своими руками
Элемент Пельтье вырабатывает не большое напряжение, около вольта, но зато сила тока у него имеет достаточное значение для наших целей. Поэтому для того, чтобы обменять значения на нужные нам мы будем использовать повышающий преобразователь, который повысит и стабилизирует выходное напряжение до 5 В.
Простой теплоэлектрогенератор своими руками
Припаиваем вывода элемента ко входу преобразователя.
Простой теплоэлектрогенератор своими руками
На выходе преобразователя уже стоит USB розетка для подключения, поэтому больше ничего паять не нужно.

Проверка теплового генератора

Зажигаем свечку.
Простой теплоэлектрогенератор своими руками
Вставляем в наш реактор)).
Проверка теплового генератора
Пробуем зарядить мобильный телефон. Через несколько секунд напряжение достигло уровня.
Проверка теплового генератора
Проверка теплового генератора
И зарядка телефона началась.
Проверка теплового генератора
Тепловая электростанция отлично справляется со своим делом — выработка электричества.
Тепловой генератор
При желании можно добавить и вентилятор, подключив его к выходу преобразователя. Пяти вольт хватит, чтобы раскрутить и двенадцати вольтовый кулер.
Для надежности банку с радиатором можно скрепить между собой тонкой проволокой или же тонкими длинными болтами, предварительно просверлив отверстия и там и там.

Заключение

Вот у нас часто отключают свет дома. И когда это происходит, я достаю тепловой генератор. Он дает электричество и свет от свечи, убивая сразу двух зайцев. Ну а если света недостаточно к USB можно подключить и мини LED лампу. Радует ещё то, что данное устройство всегда готово к работе, а по сему, неожиданных неприятностей быть не может.

Смотрите видео

sdelaysam-svoimirukami.ru

Новый материал побил мировой рекорд по превращению тепла в

Новый тип материала очень эффективно генерирует электрический ток из разности температур. Это позволяет датчикам и небольшим процессорам снабжать себя энергией без проводов.

Термоэлектрические материалы могут преобразовывать тепло в электрическую энергию. Это связано с так называемым эффектом Зеебека: если существует разница температур между двумя концами такого материала, то в нем возникает электрическое напряжение, и ток может начать течь. Количество электрической энергии, которая может генерироваться при данной разности температур, измеряется так называемым значением ZT: чем выше значение ZT материала, тем лучше его термоэлектрические свойства.

Электричество и температура

Лучшие термоэлектрики на сегодняшний день имеют значениях ZT от 2,5 до 2,8. Ученые из TU Wien в настоящее время преуспели в разработке совершенно нового материала со значением ZT от 5 до 6. Это тонкий слой сплава железа, ванадия, вольфрама и алюминия, нанесенный на кристалл кремния.

Новый материал настолько эффективен, что его можно использовать для обеспечения энергией датчиков или даже небольших компьютерных процессоров. Вместо того, чтобы подключать небольшие электрические устройства к кабелям, они могут генерировать свое собственное электричество из-за разницы температур. Новый материал был представлен в журнале Nature.

«Хороший термоэлектрический материал должен демонстрировать сильный эффект Зеебека, и он должен отвечать двум важным требованиям, которые трудно согласовать», — говорит профессор Эрнст Бауэр из Института физики твердого тела в Университете Туена. «С одной стороны, он должен проводить электричество настолько хорошо, насколько это возможно; с другой стороны, он должен передавать тепло настолько плохо, насколько это возможно. Это сложная задача, поскольку электропроводность и теплопроводность обычно тесно связаны».

В Христианской доплеровской лаборатории термоэлектричества, которую Эрнст Бауэр создал в TU Wien в 2013 году, за последние несколько лет были изучены различные термоэлектрические материалы для различных применений. Это исследование в настоящее время привело к открытию особенно интересного материала — комбинации железа, ванадия, вольфрама и алюминия.

«Атомы в этом материале обычно располагаются строгом порядке — в так называемой гранецентрированной кубической решетке», — говорит Эрнст Бауэр. «Расстояние между двумя атомами железа всегда одинаково, и то же самое верно и для других типов атомов. Следовательно, весь кристалл является абсолютно структурированным».

Однако, когда тонкий слой материала наносится на кремний, происходит нечто удивительное: структура кардинально меняется. Хотя атомы все еще формируют кубическую структуру, они теперь расположены в пространственно-центрированной структуре, и распределение атомов разных типов становится совершенно случайным. «Два атома железа могут находиться рядом друг с другом, места рядом с ними могут быть заняты ванадием или алюминием, и больше не существует никаких правил, определяющих, где будет находиться следующий атом железа в кристалле», — объясняет Бауэр.

Эта смесь структурированности и беспорядочности расположения атомов также изменяет электронную структуру, которая определяет, как электроны движутся в твердом теле. «Электрический заряд проходит через материал особым образом, так что он защищен от процессов рассеяния. Части заряда, проходящие через материал, называются фермионами Вейля», — говорит Эрнст Бауэр. Таким образом достигается очень низкое электрическое сопротивление.

С другой стороны, колебания решетки, которые переносят тепло из мест с высокой температурой в места с низкой температурой, подавляются неравномерностями в кристаллической структуре. Следовательно, теплопроводность уменьшается. Это важно, если электрическая энергия должна генерироваться постоянно из-за разности температур, потому что, если разности температур смогут очень быстро уравновеситься, то и весь материал скоро будет иметь одинаковую температуру, термоэлектрический эффект остановится.

«Конечно, такой тонкий слой не может генерировать особенно большое количество энергии, но он имеет преимущество в том, что он чрезвычайно компактен», — говорит Эрнст Бауэр. «Мы хотим использовать его для обеспечения энергией датчиков и небольших электронных приложений». Спрос на такие мелкие генераторы быстро растет: в «Интернете вещей» все больше и больше устройств связаных друг с другом по сети, так что они автоматически координируют свое поведение друг с другом. Это особенно перспективно для будущих производственных предприятий, где одна машина должна динамически реагировать на другую.

«Если вам требуется большое количество датчиков на заводе, вы не можете соединить их все вместе. Гораздо разумнее, чтобы датчики могли генерировать свою собственную энергию с помощью небольшого термоэлектрического устройства», — говорит Бауэр. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

econet.ru

tPOD1 — эффективный преобразователь тепловой энергии в электричество / Habr

То, что тепловую энергию можно преобразовывать в электричество, известно очень давно. Существует и целый спектр портативных устройств, которые совершают подобные преобразования без большого числа промежуточных этапов. Но вскоре может появиться устройство, которое окажется практически идеальным преобразователем тепловой энергии в электрическую для охотников, туристов, путешественников и жителей отдаленных регионов. tPOD1 достаточно эффективен — тепла, выделяемого одной маленькой свечкой (знаете, такие мини-свечки в металлической крышечке, они еще по воде могут плавать) хватит для обеспечения энергией светодиодной лампы (на 25 светодиодов) вплоть до четырех часов.

Этот проект разработан компанией Tellurex, которая в настоящее время собирает средства на реализацию своей идеи в промышленном масштабе на Kickstarter. Всего для начала массового производства tPOD1 нужно 85 тысяч долларов США. 40 тысяч долларов США уже собрано.

Разработчики считают, что их устройство может быть полезным, в первую очередь, для жителей удаленных регионов Африки. Та же мобильная связь добралась и туда, однако иногда жителям приходится проходить несколько километров в день, только для того, чтобы зарядить свой телефон где-нибудь в более цивилизованном районе. А теперь заряжать телефон можно будет буквально «из костра». Вероятно, жители смогут и просто класть tPOD1 куда-нибудь на темный камень, нагревающийся на солнце до 70 градусов (и даже выше).

Правда, стоимость девайса чрезмерно велика для африканца — выложить придется 69-79 долларов США. Так что пока tPOD1, вероятно, станет раскупаться только туристами, рыбаками и прочими категориями граждан, регулярно совершающих путешествия.

На видео, размещенном ниже, показан принцип действия устройства. Там вначале девочка вещает, но с 20-й секунды начинается сама презентация.

Via mashable

habr.com

Физики в тысячи раз улучшили процесс превращения тепла в электричество

Как объясняют физики, ферромагнетики содержат в себе две группы электронов, обладающих разным спином — квантовой характеристикой электрона. Скорость движения и другие физические свойства частиц зависят от спина. Из-за этого при появлении разницы в температуре внутри ферромагнетика возникает любопытный эффект — в нем появляются два «канала», по каждому из которых двигаются электроны с разным спином. Разная скорость движения частиц позволяет превращать поток электронов с разным спином в электрический ток.

Хэрэманс и его коллеги обнаружили, что данный эффект возможен не только в ферромагнетиках, но и в других типах проводников, изучая свойства полупроводникового сплава индия и олова.

В ходе своих экспериментов авторы статьи выяснили, что внешнее магнитное поле превращает фрагменты полупроводника в преобразователь тепла в электричество, если температура окружающей среды близка к абсолютному нулю. По расчетам физиков, напряжение тока увеличивается на восемь милливольт при повышении разницы в температуре полюсов устройства на один градус Кельвина. Это примерно в тысячу раз больше, чем удавалось достичь на самых эффективных преобразователях тепла на основе ферромагнетиков.

«На самом деле, это новое поколение теплового двигателя. В 18 веке у нас были паровые двигатели, в 19 веке — двигатели внутреннего сгорания, а в 20 веке появились первые термоэлектрические материалы. Теперь мы пытаемся приспособить для этих целей и магнитное поле», — пояснил Хэрэманс.

Физики полагают, что их открытие будет в конечном итоге использовано для создания генераторов, преобразующих тепло в электричество. Такие устройства не будут иметь движущихся и ломающихся частей, благодаря чему они будут работать практически вечно. Тем не менее, до их появления физикам и инженерам предстоит решить массу проблем — пока такие устройства работают только при низкой температуре и в присутствии сильного магнитного поля.

ria.ru

Создан материал, превращающий тепло в электричество с рекордной эффективностью

Исследователи из Австрии, Японии и Китая представили термоэлектрический преобразователь с эффективностью почти в два раза выше существующих аналогов. Статья исследователей была опубликована в журнале Nature.

Термоэлектрические материалы могут преобразовывать тепло в электрическую энергию . Это связано с так называемым эффектом Зеебека: если существует разница температур между двумя концами такого материала, то он может создавать электрический ток в цепи, в которую включен. Количество электрической энергии, которое может быть произведено при заданной разности температур, измеряется значением добротности ZT: чем выше этот показатель, тем лучше его термоэлектрические свойства.

Лучшие термоэлектрики на сегодняшний день имеют значение ZT от 2,5 до 2,8. Разработанный учеными новый материал в два раза превышает эти показатели: его ZT колеблется от 5 до 6. Этот рекордный композит представляет собой тонкие слои железа, ванадия, вольфрама и алюминия, нанесенные на кристалл кремния.

«Хороший термоэлектрический материал должен демонстрировать сильный эффект Зеебека, и он должен отвечать двум важным требованиям, которые очень трудно совместить, — подчеркивает один из исследователей, профессор Института физики твердого тела Венского технического университета Эрнст Бауэр. — С одной стороны, он должен как можно лучше проводить электричество, а с другой — как можно хуже переносить тепло. Это сложная задача, поскольку электропроводность и теплопроводность обычно тесно связаны».

Атомы в слоях этого материала расположены в регулярной гранецентрированной кубической решетке. Однако при нанесении тонкого слоя на кристалл кремния наблюдается удивительный эффект: их структура радикально меняется. Хотя атомы все еще имеют кубическую решетку, теперь она оказывается объемно-центрированной, и распределение различных типов атомов становится совершенно случайным. Эта смесь регулярности и нерегулярности расположения атомов также изменяет электронную структуру, которая определяет движение электронов в твердом теле.

Электрический заряд движется через материал особыми порциями — фермионами Вейля — безмассовыми частицами, переносящими возмущение кристаллической решетки и электроны. С другой стороны, колебания решетки, которые переносят тепло из мест с высокой температурой в места с низкой температурой, замедляются из-за неравномерностей в кристаллической структуре. Поэтому теплопроводность материала уменьшается.

Новый материал, по словам ученых, настолько эффективен, что его можно было бы использовать для обеспечения энергией датчиков или даже небольших компьютерных процессоров. Вместо того чтобы подключать небольшие устройства к кабелям, они могли бы генерировать свое собственное электричество из перепадов температур.

indicator.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о