rss twitter

4 авг. 2012 г.

Термоэлектричество

Все мы знаем поговорку о том, что все новое, это хорошо забытое старое. Сейчас можно увидеть и даже купить множетсво веселеньких устройств помогающих заряжать что угодно: браслет, использующий температуру тела для выработки электричества, "вечные" часы работающие от разности температуры тела хозяина и окружающей среды, сапоги для зарядки телефона, такие же куртки и даже (или особенно) источники питания для космических аппаратов.

Суть термоэлектричества

А между тем эффект термоэлектричества был обнаружен еще 1821 году. Вот какая приключилась история... Для начала о сути эффекта термоэлектричества
Термопара и термоэлектрический эффект
Термопара и термоэлектрический эффект
Если взять два проводника из разных материалов, спаять их вместе, а места спаев держать при разной температуре — в цепи появится напряжение, возникает термо-ЭДС (Эффект Зеебека). Если же поступит наоборот и подключить источник тока — появится разность температур (Эффект Пельтье). Прямое преобразование тепловой энергии в электрическую и наоборот.

История термоэлектричества

В 1821 году Томас Иоганн Зеебек (Thomas Johann Seebeck) обнаружил, вышеописанный эффект, а в 1834 году Жак Пельтье поставил обратный эксперимент. Немного позже в 1838 году Эмилий Ленц провел эксперимент, в котором при пропускании тока в одном направлении капля воды на стыке проводников превращалась в лед, при смене направления тока — лед превращался в воду. 

Еще был интересный опыт Алесандро Вольта, который нагревал один конец железного прута согнутого дугой и опускал концы в два сосуда с водой. В сосудах препарированная находилась лягушка (одна часть в одном, другая в другом). При опускании прута в воду ее мышцы рефлекторно сокращались под действием электрического тока.

Что же такой замечательный эффект не применяется в жизни, спросят скептики? А он применяется. Вот некоторые факты:

Компания Orange продает резиновые сапоги Orange Power Wellies, которые можно использовать для зарядки мобильного телефона. Походив в сапогах двенадцать часов, можно получить энергию для примерно часового разговора по телефону.
Компания TES NewEnergy Corp из Японии. выпускает кастрюлю с термоэлементом в днище. Пока кастрюля греется на костре, аккумулятор заряжается.

Компания Thermo Life Energy создала миниатюрное устройство с более 5 тысячью термопар в корпусе диаметром 9,3 миллиметра и весом в 0,23 грамма при помощи процесса, базирующегося на фотолитографии. При перепаде температур между двумя сторонами устройства всего в 5 градусов получаем напряжение 6 вольт и силу тока около 10 микроампер.

В Industrial Nanotech создали особый вид термокраски способный вырабатывать электроэнергию. 

Dyton Energy кроме элегантных браслетов с термоэлектрическим эффектом продает еще и потрясающие вентиляторы без пропеллера.

Браслет для подзарядки телефона
Как можно заметить, термоэлектричество применяется только в приборах с малой энергией потребления. Проблема в том, что КПД термоэлементов находится в пределах 8-12%. Но электроэнергия ведь дармовая, разность температур можно найти в любой точке земли просто закопав проводники на достаточную глубине (где температура постоянна), этим пользуются при постройке энерго-эффективных. Постоянна температура и человеческого тела и редко случается, что что она совпадает с температурой окружающей среды. В космосе же перепады температур и вовсе экстремальны... 

Со временем КПД термопар повысится, а энергопотребление устройств понизится и вполне возможно, история повернется так, что мы забудем о тепловых машинах и сжигаемых видах топлива.