Gagnlegar Vinna með hita umhverfisráðherra

Part 1. Sumir hugtök og skilgreiningar.

The íspenna (EMF) er óaðskiljanlegur ytri kraftur sviði hlutinn samanstendur af núverandi uppspretta ... utanaðkomandi gildi sem kemur fram í rafhúðun frumur við mörk milli mótum raflausnarinnar og rafskautunum. Þeir starfa einnig á mörkum tveggja ólíkra málma og ákveða samskiptaupplýsingum spennuna þar á milli [5, bls. 193, 191]. Upphæð stökk möguleikar á alla fleti á rásinni kafla er jafn spennuna milli leiðara, staðsett á keðjunni endum, og er kallað íspenna EMF leiðari hringrás ... keðja samanstendur aðeins af leiðara af fyrsta tagi er jafn hugsanlega hoppa á milli fyrsta og síðasta leiðara í beinni snertingu við þá (Volta lögum) ... Ef hringrásin er rétt opinn EMF Þessi hringrás er núll. Til að leiðrétta opinn-hringrás leiðari, sem felur í sér að minnsta kosti einn raflausn, sem gilda volt lögum ... Augljóslega, aðeins leiðari hringrás samanstendur af að minnsta kosti einu leiðari hjá seinni gerðinni eru electrochemical frumur (eða keðjur electrochemical þættir) [1, bls. 490-491].

Polyelectrolytes eru fjölliður sem geta klofna í jónir í lausn, á sama tíma í sama stórsameindarinnar, a stór tala af endurteknum gjöldum ... Cross-linked jgölrafldeyfi (jónaskiptaefiii, jónaskiptaresíninu) óleysanlegt, en aðeins bólgnað, en viðhalda getu að klofna [6, bls. 320-321]. Polyelectrolytes dissociate inn neikvætt hlaðnar macroion og H + jónir eru nefndar polyacids og dissociates inn jákvætt hlaðinna jóna og OH- macroion kallast poliosnovaniyami.

Donnan jafnvægi möguleiki er hugsanlega munur sem á sér stað á fasa mörkum tveggja söltum ef þessi mörk er ekki permeable að öllum jónum. Ógegndræpi mörk fyrir suma jónir geta verið af völdum til dæmis, að viðstöddum himnur með mjög mjóum svitahola sem eru ófær af ögnum sem fara yfir tiltekið stærð. Valdir gegndræpi af the tengi á sér stað og ef einhver jónir svo sterklega tengd einum af áföngum sem yfirgefa hana yfirleitt ekki. Nákvæmlega haga sér jónísk jónaskiptaresínum, eða jón skipti hópurinn fast homopolar skuldabréf að sameinda grindar eða fylki. Lausnin, að vera innan slíkra matrixur myndar ásamt því upp á einn fasa; lausn, sem staðsett er utan, - seinni [7. 77].

The rafmagns Double Layer (EDL) er viðburður á the tengi fasamir tveir hafa verið sett af gagnstætt hlaðinna lag komið fyrir í ákveðinni fjarlægð frá hvor öðrum [7. 96].

Peltier áhrif þessi einangrun eða frásog hita í snertingu tveggja mismunandi leiðara ráðast af á the átt að rafstraum sem streymir í gegnum snerting [2, bls. 552].

Part 2: Notkun hita miðlungs í rafgreiningu vatns.

Lítið á kerfi af tilvik af hringrás á rafhlöðueiningu (hér á eftir frumþátta-), sem sýnd eru í meginatriðum á mynd. 1, meira EMF vegna innri samband spennuna (PKK) og áhrif Donnan (stutt lýsing á kjarna Donnan áhrif, innri PKK og tengd Peltier hiti er í þriðja hluta greinarinnar).

Fig. 1. emlmumynd af um rafhlöðueiningu: 1 - bakskautið er sett í snertingu við lausn af 3 er æskilegt að electrochemical Afoxunarhvarfíð hluta raflausnarinnar plúsjónum eiga sér stað á yfirborði þess, sem gert er úr efnafræðilega óvirkum þungt íbætt n-hálfleiðara. Hluti af bakskaut tengja hana við utanáliggjandi spennugjafa, málmhúðað; 2 - skautið er í snertingu við lausn af 4, þar á yfirborðinu að eiga sér stað electrochemical oxunarhvarf geymavökvans anjóna sem, úr efnafræðilega óvirkum þungt íbætt p-hálfleiðara. Hluti af rafskautaverksmiðju tengja hana við utanáliggjandi spennugjafa, málmhúðað; 3 - bakskaut pláss, jgölrafldeyfi lausn, skilja frá í vatni við macroion R- neikvætt hlaðnar og jákvætt hlöðnu mótjónimar letur K + (í þessari dæmi er hlutfall vetnis jón H +); 4 - rafskautaverksmiðju hólf jgölrafldeyfi lausn í vatni skilja frá inn í jákvætt hlaðna macroion R + og neikvætt hlaðnar mótjónirnar lítill A- (í þessu dæmi og það hýdroxfð jónir OH-); 5 - að þynnan (þind), er ógegndræp gagnvart stórsameindum (macroion) polyelectrolytes, en alveg hleypir í gegnum sig lítilla mótjónirnar K +, eru metnar A- og vatnssameindum sameiginlega svæðinu 3 og 4; Evnesh - ytri spennugjafa.

EMF með því að Donnan áhrif

Fyrir skýrleika, salta á bakskautskerfinu rúm (. 3, mynd 1) er valinn vatnskennda polyacid lausn (R-H +), raflausninni og forskaut hólfinu (4, mynd 1.) - vatnskenndar poliosnovaniya (R + OH-). Sem afleiðing af klofnunar polyacids í Katóðuhólf, nálægt yfirborði bakskautsins (1, Fig. 1), er aukin styrkur H + jónum. Jákvæð gjald sem birtist í nágrenni við bakskaut yfirborðinu er ekki bætt neikvætt hlaðnar macroions R-, þar þeir geta ekki komið nálægt yfirborði bakskautsins vegna stærðar þess og nærveru jákvætt hlaðna jónandi andrúmsloftið (sjá nánar. Lýsing Donnan áhrif viðauka №1 í þriðja hluta greinarinnar). Þannig, jaðarlagið af lausn sem beint er í snertingu við bakskaut yfirborði hefur jákvæða hleðslu. Þar af leiðandi, rafstöðutengdum framkalla álsins á bakskautsstöngina yfirborðinu, aðlægt með lausn, það er neikvæð hleðsla á leiðni rafeinda. ie við samskeytin á milli bakskautsins yfirborð og DES lausn á sér stað. Lýsing Svið DES ýtir rafeindir frá bakskautsins - í lausnina.

Á sama hátt, á forskautsins (2, 1. Mynd), jaðarlagið lausnarinnar í forskautsefnisins hólfinu (4, 1. Fig) beint í snertingu við forskauta yfirborð hefur neikvæða hleðslu, og á rafskautaverksmiðju yfirborðinu, aðlægt með lausn, það er jákvætt hlaðna. ie við samskeytin á milli anóðunnar yfirborð og lausnarinnar einnig kemur DES. Lýsing Svið DES ýtir rafeindir út úr lausninni - a forskaut.

Þannig, á sviði DES á tengi á bakskautinu og forskautsins með lausninni sem lýst, með stuðningi varma lausn jón dreifingu, eru tvær innri EMF uppspretta, verka saman með ytri varmagjafa, þ.e.a.s., að þrýsta á neikvæðar hleðslur í lykkju rangsælis.

Klofnun poliosnovaniya polyacids og einnig veldur varma flæði f gegnum himnuna (5, sjá mynd 1) H + jónum frá katóðuhólfinu pláss -. Kolaskautinu, og OH- jónir úr forskauta - Neyðarbúnaður bakskaut. Macroion R + og R- polyelectrolytes getur ekki fært í gegnum himnuna, svo það frá bakskaut rúm það er umfram neikvæða hleðslu, og frá anodic geimnum - og umfram jákvæða hleðslu, þ.e., það er annar DPP vegna Donnan áhrif. Þannig, er himnan á sér stað einnig inni í EMF, verka saman með ytri varmagjafa flæði og haldið lausn á jónum.

Í dæminu okkar, spennuna yfir himnuna getur náð 0,83 volt, eins þetta svarar til breytinga á möguleika á venjulegu vetni rafskautsins frá - 0,83 til 0 volt á umskipti frá basísku umhverfi inni í forskautssamstæðuna hólfi bakskautið hólf súru umhverfi. Sjá nánar í. Í viðauka №1 í þriðja hluta greinarinnar.

EMF PKK inni frá

The Element EMF Það gerist, þar á meðal í samband hálfleiðurum rafskautaverksmiðju og bakskaut í málmhlutum þeirra þjóna að tengja ytri spennugjafa. Þetta EMF vegna innri PKK. Innri EF ekki búið, í mótsögn við ytra sviði í rýminu umhverfis samskiptaupplýsingar leiðarar, þ.e. Það hefur ekki áhrif á hreyfingu hlaðinna agna utan leiðara. Construction n-hálfleiðurum / málm / p-hálfleiðurum er stjórnað á fullnægjandi þekkt og er notað, til dæmis, a thermoelectric Peltier mát. Umfang EMF slíkt fyrirkomulag við stofuhita getur náð gildum af stærðargráðunni 0,4 - 0,6 Volt [5, bls. 459; 2, p. 552]. Fields í tengiliðum eru beint á þann hátt að þeir ýta rafeindir rangsælis í lykkju, þ.e. athöfn í takt við ytri aðilum. Rafeindir hækka orku stig af miðlungs hrífandi hita í Peltier.

Innri IF myndast vegna dreifingar rafeinda í tengiliði svæðum rafskautum og lausn, þvert á móti, ýtir rafeindir í réttsælis í lykkjuna. ie hreyfing rafeinda í Element rangsælis í þessum tengiliðum verður úthlutað Peltier hita. heldur vegna þess að að flytja rafeindir frá bakskautinu í að í lausnina og þá lausn sem í forskautsins er endilega fylgja innverminn hvarfi búa til vetni og súrefni, hita í Peltier er ekki út inn í ætið, og er að draga úr innverminn áhrif, þ.e. eins og "varðveitt" í vermið fyrir myndun vetnis og súrefnis. Sjá nánar í. Í viðauka №2 þriðja hluta greinarinnar.

burðarefni (rafeindir og jónir) fara í rásarinnar ekki lokað brautir, ekkert gjald á frumefni er ekki að flytja í lokaðri hringrás. Hver rafeinda rafskautaverksmiðju fengin frá lausninni (í tengslum við oxun OH- jóna til þess að súrefni), og að flytja í gegnum ytri hringrás miðað við katóðuna, er volatilized ásamt vetnis sameindir (í því ferli bata jóna sem H +). Á sama hátt jónir OH- og H + ekki hreyfa ekki í lokuðu hringrás, en aðeins að því samsvarandi rafskaut, og síðan gufa upp í formi sameinda vetni og súrefni. ie og jónir og rafeindir á hverju flytjast í umhverfi sínu á vaxandi sviði DES, og the endir af the gangstígur, þegar þeir ná yfirborð rafskautið eru sameinaðir í sameindinni, breyta öllu geymd orka - orku af efnatengi, og út úr lykkja!

Allar innri uppsprettum EMF Element, draga úr kostnaði ytri uppspretta fyrir rafgreiningu vatns. Þannig, hita í því sem umhverfis hrífandi þætti af rekstri þess til að viðhalda flæði DES, er að draga úr kostnaði við ytri varmagjafa, þ.e.a.s., Það eykur raflausnarrafstraumurinn skilvirkni.

Rafgreiningu á vatni án utanaðkomandi aðilum.

Í endurskoðun þau ferli sem koma í einingunni shown in Fig. 1, er til utanáliggjandi breytur uppspretta ekki tekið tillit til. Gerum ráð fyrir að innri viðnám er jöfn RD og spennu 0. Það Evnesh Element rafskautin eru slegià to a óbeinum er meiri (sjá 5. Fig). Í þessu tilviki er átt og umfang DES reiti sem myndast við tengi í þætti haldast óbreyttar.

Fig. 5. Í stað þess Evnesh (Fig. 1) þar á meðal óbeinum hlaða RL.

Ákvarða skilyrði skyndileg núverandi rennsli í þennan þátt. Breyting á Gibbs möguleika, í samræmi við (1) uppskrift af viðauka №1 í þriðja hluta greinarinnar:

Δ G hverfi = (Δ H hverfi - n) + Q Mod

Ef P> Δ H + Q Mod Mod = 284,5-47,2 = 237,3 (kJ / mól) = 1,23 (eV / sameind)

sem Δ G hverfi <0 og sjálfsprottin aðferðina má.

Við munum íhuga frekar að þættir vetni kynslóð Hvarfið á sér stað í súrum miðli (rafskaut möguleiki af 0 volt), og súrefni í alkalískan (rafskaut möguleiki 0,4 volt). Slík möguleikar rafskaut gefur himnu (5, 5. Fig), mældist spennan þar sem það ætti að vera 0,83 volt. ie orkan sem þarf fyrir myndun vetnis og súrefnis er minnkuð með því að 0,83 (EV / sameind). Þá ástand möguleika á sjálfkrafa ferli mun:

P> 1,23-0,83 = 0.4 (eV / sameind) = 77,2 (kJ / mól) (2)

Við finnum að orkan hindrun á vetni og súrefni dauðsfalli og án þess að nota utanaðkomandi rafspennutæki. ie jafnvel á n = 0,4 (eV / sameind), þ.e. þegar innra rafskaut HPDC 0,4 volt, hluta verður í stöðu dynamic jafnvægi, og sem hvaða (jafnvel lítil) breyting af eftirstöðvum skilyrðum mun valda núverandi í rásinni.

Önnur hindrun við hvörfunum sem á rafskautunum er virkjun orku, en unnt er að fjarlægja með því að göngin áhrif, sem myndast vegna smæðar bilið á milli rafskautanna og lausnin [7, bls. 147-149].

Þannig, á grundvelli sjónarmiða orku, gera við að sjálfkrafa núverandi í frumefni sem sýnt er á mynd. 5, það er hægt. En hvað líkamlegt ástæður geta valdið þessum núverandi? Þessar ástæður eru hér fyrir neðan:

1. Líkur umbreytingar sem er rafeinda frá bakskautsins inn f lausnina hærri en líkurnar á að umskipti frá forskautsins inn í lausn, þar sem n-hálfleiðurum bakskaut hefur mikið af frjáls rafeinda með háu orku stigi sem er, og p-hálfleiðara forskautsins - aðeins "holur", og þessar "holur" eru að með orkukostnað hæð neðan við bakskaut rafeinda;

2. Himnan er fest í bakskaut rými súru umhverfi, og í forskautinu - basískt. Sé um að ræða á hlutlausum rafskautum, þetta leiðir til þess að katóðu sem er rafskaut möguleiki verður stærra en í forskautinu. Þar af leiðandi, rafeindir þarf að fara í gegnum ytra rafrás frá forskauti miðað við katóðuna;

3. Yfirborð ber ábyrgð á jgölrafldeyfi lausnum sem myndast vegna Donnan áhrif, skapar á rafskautsins þannig / lausn sviði, svo að á sviði við bakskautið eflir rafeindar útskipti úr bakskautinu í að í lausnina, og svæðið við anóðuna - rafeinda inngöngu í forskautsins úr lausninni;

4. jafnvægi áfram og andstæða fyrir óþægindum á rafskautunum (skipti á strauma) hlutdræg í átt H + jónum til beinna viðbragða minnkun við bakskautið og oxun á OH- jóna við anóðuna, síðan þeim fylgir myndun af gasi (H2 og O2) fær um að auðveldlega afgangur hvarfsins (Le Chatelier er reglan).

Tilraunir.

Því að meta magn af spennunni yfir massa við the Donnan áhrif, var gerð tilrauninni sem var gerð, þar sem bakskaut Element samanstóð af virkjuðu kolefni með ytri grafít rafskaut og forskaut - blanda af virkjuðu kolefni og anjón plastefni AB-17-8 við ytri grafít rafskaut. Rafvökva að - vatnskenndri NaOH lausn, forskauts og bakskauts rými eru aðskilin með tilbúið flóka. Á opnum ytri rafskaut á þennan þátt var spenna um 50 mV. Þegar það er tengt við þáttur í ytra byrði 10 óm fastur straumur af um 500 míkróamp. Þegar hitastigið fer úr 20-30 0C spennu til ytra rafskauti hækkað í 54 mV. Með því að auka spennuna við umhverfishita staðfestir að uppspretta af EMF flæði er f, þ.e.a.s. hitahreyfingu agnanna.

Til magngreiningar mat á spennu yfir álag úr innra HPDC málm / hálfleiðara tilraun var gerð þar sem fruman bakskaut samanstendur af tilbúnum grafit dufti saman við ytri grafít rafskaut og forskaut - a dufti af bór silíkonkarbít (B4C, p-hálfleiðurum) með ytri grafít rafskaut. Rafvökva að - vatnskenndri NaOH lausn, forskauts og bakskauts rými eru aðskilin með tilbúið flóka. Á opnum ytri rafskaut frumefnisins spennu var um 150 mV. Þegar tækið er tengt ytra álag til þáttur 50 kOhm spennu niður í 35 mV., Slík sterk spennufallið vegna lítils innri bór karbít og þar af leiðandi, hár innri mótstöðu Element. Investigation spennu sem fall af hita í þáttur um slík er ekki framkvæmt. Þetta er vegna þess að fyrir hálfleiðara, allt eftir efnasamsetningu hennar, hversu lyfjanotkun og aðrar eignir, hitastig breytingar á mismunandi vegu er hægt að hafa áhrif Fermi stigi. ie Hitastig áhrif á EMF Element (hækkun eða lækkun), í þessu tilviki veltur á efni sem notuð eru, svo þetta er ekki vísbending tilraun.

Á þessum tímapunkti hún hélt áfram aðra tilraun þar sem kers katóðu er gerður úr blöndu af virkjuðu kolefni duft og ku-2-8 við ytri ryðfríu stáli rafskautsins og forskautsins úr blöndu af virkjuðu kolefni duft og anjón plastefni AB-17-8 til ytri rafskauts frá ryðfríu stáli. Rafvökvi - vatnslausn af NaCl, the forskauts og bakskauts rými eru aðskilin með tilbúið fannst. Ytri rafskaut af þessari frumefni með október 2011 geti skammhlaup aðgerðalaus ammeter. Núverandi sem sýnir ammeter, um daginn eftir aftur, lækkaði um 1 mA - allt að 100 MKA (sem er virðist vegna skautun rafskaut), og síðan þá meira en ár breytist ekki.

Í reynd tilraunum sem lýst er hér að framan í tengslum við the fleiri árangursríkur efni inaccessibility Eftirfarandi niðurstöður fengust: töluvert minna en það fræðilega mögulegt. Að auki er ljóst að hluti af heildar innri EMF Element alltaf neytt til að viðhalda rafskautsmassinn hvarfiö (framleiðslu & i eru vetni og súrefiii) og ekki er hægt að mæla í ytri hringrás.

Niðurstöðu.

Toppur upp, getum við gert til þess náttúran gerir okkur kleift að umbreyta varma í nýtilega orku eða vinnu, en með því að nota sem "hitara" umhverfi og ekki hafa "ísskáp". Svona Donnan fyrir hendi, og innri IF breytt varmaorku á hlöðnu S agna í rafsviðsins orku DEL sem efnahvörfum varmi er breytt í efnaorku.

Talin samband þáttur eyðir hita úr miðlungs og vatni, og úthlutar raforku, vetni og súrefni! Þar að auki, the aðferð af orkunotkun og notkun vetnis sem eldsneyti, og vatn skilar aftur til hita miðlungs!

3-hluta viðaukans.

Þessi hluti Nánar er fjallað um Donnan jafnvægisviðskiptajöfnuður áhrif, á mótum innri HPDC metal / hálfleiðara og Peltier hita á oxunarhvarfi og rafskaut möguleikar í einingunni.

Donnan hugsanlega (Viðauki №1)

Íhuga gangverk viðburður Donnan möguleika á jgölrafldeyfi. Eftir að rof jgölrafldeyfi mótjónimar byrja lítið þess, með sveimi, þannig að rúmmál uppteknum við stórsameindarinnar. Directional Flæði mótjónirnar sem lítil rúmmáli jgölrafldeyfi stórsameindum f leysinum verða vegna aukins styrk í megnið af sem stórsameindin samanborið við restina af lausninni. Frekari, ef til dæmis, litlar mótjónimar neikvætt hlaðið, Af þessu leiðir að sem innri hlutinn af sem stórsameindin er jákvætt hlaðin, og lausnin er strax við hliðina á rúmmál sem stórsameindin - neikvæð. ie í kringum jákvætt hlaðna macroion bindi, það er eins konar "jón atmosphere" af litlu counteHons jónum - neikvætt hlöðnum. Uppsögn jónaða andrúmsloft gjald vöxtur á sér stað þegar rafstöðueiginleikar sviði milli jón bindi macroion andrúmsloftinu og jafnar varma sveim smárra mótjónirnar. Sú jafnvægi hugsanlega munur á milli út f andrúmsloftið og jónísk macroions er Donnan möguleiki. Donnan möguleiki er einnig tilvísun til eins og himnuspennu, vegna þess að Svipað ástand á sér stað á hálfgegndræp himna, til dæmis, þegar hún aðskilur raflausn sem hefur jónunum af tveimur gerðum - fær og ekki fær um að sem fer þar um að hreinum leysi.

Donnan möguleiki má líta á sem takmarkandi tilfelli af flæði möguleiki, þegar hreyfanleika eins af jóna (í þessu tilfelli macroion) er núll. Þá, samkvæmt [1, bls. 535], taka ábyrgð á borðið jöfn einn:

E d = (RT / F) Ln ( a1 / a2), þar sem

Ed - Donnan möguleiki;

R - alhliða gas fasti;

T - varmaaflfræðilegu hitastigi;

F - Faraday fastinn;

A1, A2 - gegn virkni eftir snertihólkunum áföngum.

Í þennan ákveðna notanda, þar sem himnan aðskilur poliosnovaniya lausnir (pH = Lg a 1 = 14) og polyacid (pH = Lg a 2 = 0), Donnan möguleiki gegnum himnuna við stofuhita (T = 300 0 K) myndi vera:

E d = (RT / F) (Lg a 1 - Lg a 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500) * (14-0) * ln (10) = 0,83 volt

Donnan hugsanlega eykst í réttu hlutfalli við hita. Fyrir dreifingar Rafefnafræðilegt klefi Peltier hiti er eina uppspretta fyrir framleiðslu á nýtanlegri vinnu, er það ekki á óvart að slík atriði EMF eykst með auknum hita. Í flæði klefi til framleiðslu á vinnu, Peltier hiti er alltaf tekið úr umhverfinu. Þegar núverandi rennur í gegnum EDL myndast Donnan áhrif, í átt sem skarast á við jákvæða átt á sviði DES (þ.e. þegar á sviði DES framkvæma jákvætt vinnu), hita frásogast úr umhverfinu til framleiðslu á þessum pappír.

En flæði þátturinn er samfellt og einátta Breytingar í blóðgildi jón, sem á endanum leiðir til að jafnað sé á styrk og stöðva allar beinist flæði, ólíkt jafnvægis Donnan, þar sem, í tilfelli af lekur quasistatic straumum jón styrkur, einu sinni hafa náð ákveðnu gildi, óbreytt .

Fig. 2 er skýringarmynd af the redox má möguleika á viðbrögðum vetni og súrefni þegar skipt er úr sýrustig lausnarinnar. Myndin sýnir að rafskaut möguleiki af súrefninu myndun viðbrögð í fjarveru OH- jóna (1,23 volt í súru umhverfi) er mismunandi frá álitlegu I miklum styrkleika (0,4 volt í basískum miðli) við 0,83 volt. Á sama hátt, rafskaut möguleiki sem i eru vetni-mynda viðbrögð í fjarveru H + (-0.83 volt í basískum miðli) er mismunandi frá álitlegu I miklum styrkleika (0 V út í súrum miðli), sem einnig er 0,83 volt [4. 66-67]. ie augljóst að 0,83 volt og krafist er til að fá háan styrk af vatni í viðkomandi jónir. Þetta þýðir að 0,83 volt er skilyrði fyrir massa á bragðlausu sundrun vatnssameinda má í H + og OH- jónum. Svona, ef himnan er fest í Element bakskaut rúm okkar súrum miðli og í alkalískri anodic, mældist spennan getur náð sínum DEL 0.83 volt, sem er í góðu samræmi við fræðilegum útreikningum framar í bókinni. Þessi spenna gefur mikla leiðni pláss DES himnu vatn losun í jónir í henni.

Fig. 2. Skýringarmynd redox viðbrögð möguleikar

niðurbrot af vatni, og h + jónir og OH- í vetni og súrefni.

IF og Peltier hita (Viðauki №2)

"Orsök Peltier áhrif er að meðaltali orku ákæra flytjenda (til að ákvarða rafeindar), tekur þátt í leiðni í hinum ýmsu leiðara er mismunandi ... Í umskipti frá einum leiðara í annað rafrænt eða senda umfram orku rist eða bæta að skortur á orku á kostnað (eftir núverandi stefnu).

Fig. 3. The Peltier áhrif á að snertiflöturinn málmsins og hálfleiðara N-: ԐF - Fermi stigi; ԐC - neðst á leiðniborða hálfleiðara; ԐV - Valence Band; I - Jákvæð stefna núverandi; hringi með örvum sýnd er með skýringum rafeindir.

Í fyrra tilvikinu nálægt snertingu er sleppt, og annað - svokölluðum niðursokkinn .. Peltier hita. Til dæmis, á samband hálfleiðara - málmur (Mynd 3) orku rafeindanna sem líða frá n-gerð hálfleiðara Metal (vinstri snerta) er verulega hærri en Fermi orku ԐF. Þess vegna eru þeir að brjóta Varmajafnvægispunkturinn í málm. Jafnvægi er aftur vegna árekstrar, sem thermalized rafeindir, sem gefur umfram orku, kristallað. rist. Hálfleiðurum málmur (hægri snerta) geta fara framhjá aðeins mest ötull rafeindir, þannig að rafeinda gas í málm kólnar. Á endurreisn jafnvægis dreifingu oscillation orku sem neytt er grindar "[2, bls. 552].

Til að hafa samband við málm / p-hálfleiðurum ástand er svipað. vegna þess að p-leiðni hálfleiðurum göt getur séð gildisrafeindir hljómsveit sinni sem er minna en Fermi stigi, þá snertingu við hann verða kæld, þar sem rafeindir rennsli úr p-hálfleiðara to the metal. Peltier hita út eða frásogast af snertingu tveggja leiðara, vegna framleiðslu á neikvæð eða jákvæð um innri IF.

Innifalið í vinstri samband bilið (Fig. 3), en á honum Peltier hita úthlutun, Rafgreiningarker í, til dæmis, vatnskenndri NaOH lausn (mynd 4) og málm hálfleiðara og n-láta það vera efnafræðilega óvirkt.

Fig. 4. Vinstri snertingu n-hálfleiðurum og málmurinn er opinn og sett í bilið á raflausnarinnar. Tilnefningar eru þau sömu eins og á mynd. 3.

Vegna þess að þegar núverandi rennur «I», hálfleiðurum af n-rafeinda í meiri orku staðinn lausn en að koma út úr lausn í málmi, þetta umfram orku (hita Peltier) verður að standa í klefanum.

Núverandi gegnum klefi má aðeins ræða leka sem þar er rafefnafræðilegra viðbrögðum. Ef útvermin viðbrögð í kersins, Peltier hitinn er sleppt í klefanum, eins og meira hún hefur hvergi að fara. Ef viðbrögð í klefanum - helvíti er Peltier hiti er að öllu leyti eða að hluta til að bæta fyrir innvermins áhrif, þ.e. til þess að mynda hvarfafurð. Í þessu dæmi, The total call hvarfið: 2H2O eru leyst upp → 2H2 ↑ + O2 ↑ - innvermin, þannig að hiti (orka) í Peltier er að búa til sameindir og H2 O2, eru myndaðir á rafskautunum. Þannig, fá við að hita í Peltier valið í miðli í rétta n-samband hálfleiðara / málmur er ekki út aftur í umhverfið, og er geymt í formi efnaorku vetnis og súrefnis sameindir. Vitanlega, rekstur ytri spennugjafa er neytt til rafgreiningar á vatni, í þessu tilfelli verður að vera minni en í tilviki sömu rafskautum, sem ekki veldur tilfelli af Peltier áhrif ..

Óháð eiginleikum rafskautum, rafgreiningarkerið sjálft getur tekið á sig eða mynda hita þegar farið í gegnum Peltier núverandi þar um. Hálf-truflanir aðstæður, hugsanlega breyting á Gibbs-hólfum [4, bls. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, þar sem

Δ H - varmagildisbreytingunni umhverfis frumunnar;

T - varmaaflfræðilegu hitastigi;

Δ S - breytingu á entrópıunni umhverfis frumunnar;

Q = - T Δ S - hita á Peltier frumunnar.

Fyrir vetnis-súrefni rafhlöðueiningu við T = 298 (K) stendur breytingu enthalpıunnar ΔHpr = - 284,5 (kJ / mól) [8, bls. 120], skal breyting á Gibbs hugsanlega [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1,23 = - 237,3 (kJ / mól), þar sem

Z - fjöldi rafeinda á sameínd;

F - Faraday fastinn;

E - EMF klefi.

því

Q AVE = - T Δ S AVE = Δ G o.fl. - Δ H etc = - 237,3 + 47.2 = 284,5 (kJ / mól)> 0,

þ.e. vetnis-súrefni electrochemical fruman framleiðir hita í Peltier umhverfinu, en að bæta óreiðu hennar og lækka sitt. Þá, í öfugu ferli, rafgreiningu vatns, sem er raunin í dæmi okkar, Peltier hiti Q unga fólkið = - Q AVE = - 47.3 (kJ / mól) af raflausnarinnar verður frásogast frá umhverfinu.

Táknum P - Peltier hita sem tekið er úr umhverfinu í rétta n-samband hálfleiðaraefninu / málm. The hiti P> 0 verður að standa í klefanum, heldur vegna þess að niðurbrot af vatni í klefanum efnahvörfum (Δ H> 0), the Peltier hitinn P er að bæta upp fyrir varma áhrif af efnahvarfið:

Δ G hverfi = (Δ H hverfi - n) + Q Mod                                                                        (1)

Mod Q veltur aðeins á samsetningu í raflausninni, þar sem Það er einkennandi rafgreiningarkersins við óvirk rafskautum, og n er einungis háð rafskaut efni.

Jafna (1) sýnir að hiti á Peltier br og Peltier hita mod sem Q, eru framleiðslu á gagnlegt starf. ie Peltier hiti tekinn frá miðli dregur úr kostnaði við ytri aflgjafa þarf til rafgreiningar. A ástand þar sem hiti miðill er orkulind til framleiðslu á gagnlegt starf, er einkennandi fyrir flæði, svo og fyrir mörgum electrochemical frumur, dæmi um slíka hluta eru sýndar í [3, bls. 248-249].

Tilvísanir

1. Gerasimov Ya. I. sjálfsögðu eðlisefnafræði. Tutorial: Fyrir háskóla. V 2 t. T.II. - 2 Ed .. - M:. Chemistry, Moscow, 1973. - 624 bls.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier áhrif. // Líkamleg alfræðiritið. In 5 m. T. III. Magneto - Poynting setning. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. telja. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov og aðrir - M:.. Great Russian Encyclopedia, 1992. - 672 bls. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Eðlisefnafræði. Í 2 bókum. Vol. 1. Uppbygging Matter. Varmafræði: Proc. fyrir framhaldsskólum; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. 3 ritstj .. - M:. Higher. wk, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Eðlisefnafræði. Í 2 bókum. Vol. 2. Electrochemistry. Hvarfhraða efnahvarfa: Unnar. fyrir framhaldsskólum; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 útg., Rev. - M:. Higher. wk, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV almenn námskeið í eðlisfræði. Tutorial: Fyrir háskóla. In 5 m. T.III. Rafmagn. - 4th ed, staðalímyndir .. - M: FIZMATLIT;. Publishing House á MIPT, 2004. - 656 bls. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. Eðlisefnafræði af fjölliðum. - M:. Chemistry, Moscow, 1968. - 536 p.
7. Vetter K. rafefnafræðilegir hvörf, þýddar úr þýsku með breytingum höfundar við rússneska útgáfu, ritstýrt af Corr. USSR Academy of Sciences prof. Kolotyrkin YM - M:. Chemistry, Moscow, 1967. - 856 bls.
8. P. Atkins Eðlisefnafræði. Í 2. v. T.I., þýtt úr ensku af lækni efna Sciences Butin KP - M:. Mir, Moscow, 1980. - 580 bls.