УДК 537.322.9

КОНЦЕПЦИЯ ТЕРМОПАРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С НИЗКОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ

Вассель Сергей Сергеевич
Филиал Московского государственного университета технологии и управления в г. Ростове-на-Дону
кафедра физики и математики

Аннотация
Термопара является простейшей машиной, превращающей тепловую энергию в электрическую. Однако коэффициент полезного действия существующих термапар слишком низок из-за высокой теплопроводности их материалов. Решить эту проблему достаточно трудно, т. к. хорошие проводники электричества являются также и хорошими проводниками теплоты. Соответственно, надо уменьшить теплопроводность системы не уменьшая её электропроводности. Это можно реализовать в цепи переменного тока, состоящей из проводников и конденсаторов. Для переменного тока конденсатор не является преградой, особенно если его частота высока. Диэлектрик или вакуум конденсатора будет являться теплоизолятором. Разработана концепция термопары переменного тока. Она состоит из однородного проводника, двух конденсаторов, и источника магнитного поля. В своей работе устройство использует продольный эффект Нернста-Эттингсгаузена. В магнитном поле коэффициенты Зеебека меняются, а после его отключения восстанавливают первоначальное значение. Магнитное поле поочередно включается то в области конденсатора 1, то в области конденсатора 2, в результате чего термоЭ.Д.С. будет менять знак.

Ключевые слова: геотермальная энергия, двигатель внешнего сгорания, зеленая энергия, поперечный эффект Нернста-Эттингсгаузена, термопара переменного тока, термопара с низкой теплопроводностью


THE CONCEPT OF ALTERNATING CURRENT THERMOCOUPLE WITH LOW THERMAL CONDUCTIVITY

Vassel Sergei Sergeevich
Rostov branch of Moscow state university of technology and management
Physics and Mathematics Department

Abstract
A thermocouple is a simple machine that transforms heat energy into electrical energy. However, the efficiency of existing thermocouples is too low due to their high thermal conductivity. It is quite difficult to solve this problem, because good conductors of electricity are also good conductors of heat. Accordingly, it is necessary to reduce the thermal conductivity of the system without reducing its electrical conductivity. This can be implemented in an AC circuit consisting of capacitors and conductors . For alternating current the capacitor is not a barier, especially if the frequency is high. Capacitor dielectric (or vacuum) will be heat insulator. The concept of the thermocouple AC was developed. It consists of a uniform conductor, the two capacitors and the source of the magnetic field. The work of this device is based on a longitudinal Nernst - Ettingshausen effect. In a magnetic field Seebeck coefficients are changed. The magnetic field is alternately switched on in the area of the capacitor 1 , the area of ​​the capacitor 2, and it made the thermoelectric power to change the sign.

Keywords: alternating current thermocouple, external combustion engine, geothermal energy, green energy, thermocouple with high efficiency, thermocouple with low thermal conductivity


Рубрика: 01.00.00 ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Вассель С.С. Концепция термопары переменного тока с низкой теплопроводностью // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/03/32860 (дата обращения: 01.10.2017).

Просмотреть статью на английском языке

Вступление. Термопара является простейшей машиной, превращающей тепловую энергию в электрическую.

Термодинамика термопары достаточно проста:

электрическая мощность равна

Pe=a * (T1-T2 )* I, где а- коэффициент Зеебека,

T1-T2 разность температур и I — сила тока.

В результате протекания тока через контакт происходит выделение или поглощение теплоты Пельтье.

Мощность выделения теплоты Пельтье равна

Ph=a * T * I,

где Т- абсолютная температура.

Причем при работе термопары в режиме генератора на горячем спае происходит поглощение, а на холодном- выделение теплоты Пельтье. Таким образом, К.П.Д. идеальной термопары, в которой нет теплопередачи от горячего контакта к холодному, был бы равен отношению полезной мощности к тепловой мощности:

η=Pe/Ph=(T1-T2 )/T1

Как мы видим, коэффициент полезного действия идеальной термопары не зависит от коэффициентов Зеебека и равен К.П.Д. цикла Карно.

Концепция термопары переменного тока.

В реальных термопарах теплопередача от горячего контакта к холодному присутствует. Проблема в том, что хорошие проводники электричества являются и хорошими проводниками теплоты. А хорошие теплоизоляторы являются также хорошими диэлектриками. Постоянный ток через них не пройдет.

Совсем другое дело- переменный ток. Два проводника, разделенных диэлектриком, являются конденсатором. Конденсатор для переменного тока не преграда.

Термопара переменного тока , в которой горячий и холодный контакт разделены друг от друга термоизолирующим диэлектриком (или вакуумом), по своим качествам была бы ближе к идеальной термопаре, а её коэффициент полезного действия был бы ближе к К.П.Д. цикла Карно.

Возникает вопрос- как заставить термопару изменить знак Э.Д.С. не меняя местами горячий и холодный спай? Тут нам поможет продольный эффект Нернста- Эттингсгаузена. В магнитном поле коэффициенты Зеебека для металла или полупроводника меняются.

Принципиальная схема термопары переменного тока изображена на рис. 1.

Рис.1 Термопара переменного с внешним источником магнитного поля.

 Таким образом, весь термоэлемент состоит из одного и того же материала. Магнитное поле поочередно включается то в области конденсатора 1, то в области конденсатора 2, в результате чего термоЭ.Д.С. будет менять знак.

Можно попытаться использовать собственное поле тока для изменения коэффициентов Зеебека. Схема термопары переменного тока с внутренним источником магнитного поля представлена на рисунке 2.

Рис. 2 Термопара переменного тока с внутренним источником магнитного поля.

В зависимости от направления тока магнитное поле генерируется в районе конденсатора 1 или конденсатора 2. Разумеется, Э.Д.С одиночной термопары мал, чтобы обеспечить правильную работу диодов, поэтому устройство состоит из множества термопар, соединенных последовательно, двух диодов и двух катушек.

Согласно литературным данным [1] в CdxHgbxTe в поле напряженностью 1 Тл термоЭДС меняется на 400 мкВ/К.

Выводы:
1.Коэффициент полезного действия термопар низок из-за их высокой тепловодности
2. В термопарах постоянного тока этот недостаток является принципиально неустранимым, т.к. хорошие проводники электричества являются также хорошими проводниками тепла
3. Цепи переменного тока, состоящие из проводников и конденсаторов, лишены подобного недостатка, т.к. диэлектрик или вакуум конденсатора будет теплоизолятором.
4. Разработана концепция термопары переменного тока на основе продольного эффекта Нернста-Эттингсгаузена.


Библиографический список
  1. АЛИЕВ C. A., СЕЛИМ-ЗАДЕ Р. И., ГАДЖИЕВ Т. Г. ТЕРМОМАГНИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ НЕРНСТА-ЭТТИНГСГАУЗЕНА В CdxHgbxTe В УСЛОВИЯХ ФОНОННОГО УВЛЕЧЕНИЯ //FiZiKA. – 1998. – Т. 655. – №. 3.

References
  1. АЛИЕВ C. A., СЕЛИМ-ЗАДЕ Р. И., ГАДЖИЕВ Т. Г. ТЕРМОМАГНИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ НЕРНСТА-ЭТТИНГСГАУЗЕНА В CdxHgbxTe В УСЛОВИЯХ ФОНОННОГО УВЛЕЧЕНИЯ //FiZiKA. – 1998. – Т. 655. – №. 3.


Все статьи автора «Вассель Сергей Сергеевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: