ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ
В § 5.11 было сделано предположение, что величины а, Л и R ■ зависят от температуры, что не в полной мере соответствует действительное Если мы попытаемся учесть влияние температуры, то существенно усложн,- расчет и проектирование преобразователей. В этой книге мы не будем учиты; это влияние, а удовлетворимся приблизительными результатами, которые 6i l получены в предыдущем параграфе. Тем не менее необходимо помнить о т что перечисленные выше параметры меняются с изменением температуры, иллюстрируется данными, представленными на рис. 5.16 и 5.17.
Выше были рассмотрены различные факторы, влияющие на боту термопары, оптимизация которых дает возможность улучшить ее харак ристики Среди них выбор материала, геометрия ветвей термопары, согласовлі внешней нагрузки. Существует еще один фактор, который необходимо учиты н при оптимизации работы батареи из охлаждающих устройств. Обычно тем - ратуры Тс и Тн одинаковы для всех элементов, составляющих батарею. Одн коэффициент преобразования можно улучшить за счет некоторой «игры» с те ловыми потоками и оптимизации архитектуры (компоновки) батареи.
5.13. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВА1)
При изучении работы термопары мы рассмотрели четыре осн ных механизма:
1. Теплопроводность. Это явление хорошо известно большинству читате Тепло может передаваться либо при движении носителей, либо при • лебании кристаллической решетки. Теплопроводность «ответственна* ухудшение коэффициента преобразования термопары.
2. Джоулевы потери. При протекании тока происходит выделение теп связанное с наличием электрического сопротивления. Этим явлен» обусловлен второй механизм потерь в термопаре. Джоулевы потери никают в результате рассеяния носителей заряда из-за несовершенсг кристаллической решетки, которое обусловлено тепловыми вибрация наличием примесей, дислокаций и т. п. Полагаем, что это явление так. хорошо известно читателю.
3. Эффект Зеебека. Эффект проявляется в том, что в проводнике воз кает электрическое напряжение, обусловленное наличием продольн
1( Более полное изложение этого вопроса можно найти в книге Голдсмита (Goldsmid).
|
Г» ни п. v Ні Ч у Kr.#t|.iliriii-Iii кЛяка rt мкіі/к |
|
5.16. Типичная зависимость коэффициента Зеебека и электрического сопротивления термопары от температуры |
|
I 31 элемент, соединен последовательно. Для того, чтобы определить р, у |
ный, х |
|||
|
нужно п умножить на 0,00855 Ы |
У / |
/ |
||
|
200 300 400 Температура Т, К |
|
Рис. 5.17. Типичная зависимость теплопроводности, добротности и произведения ZT термопары от температуры. Представленные данные соответствуют положению на 1970 г. С тех пор достигнут значительный прогресс. Так значение ZT для современных материалов заметно превышает единицу |
|
150 250 350 451) Температура, Т. К |
|
0,0025 |
|
КГ Л g 0,0015 я t- о о, ю о EI |
|
0,0005 |
|
200 300 400 Температура Т, К |
|
31 элемент, соединенный параллельно. Для того чтобы определить нужно 1_ Л умножить на 0,0085^ |
|
200 300 400 Температура Т, К |
|
200 300 400 Температура Т, К |
градиента температур. Разность потенциалов является следствием тог> что в холодной части проводника повышается концентрация носителе заряда. Описание механизма, объясняющего этот эффект, приведе в п. 5.14.1.
|
4. |
Эффект Пельтье. Эффект проявляется в поглошении или выделении те ла в местах контакта различных проводников и обусловлен изменение теплоемкости носителей при их переходе из одного материала в другої В § 5.1 декларировалось наличие связи между эффектами Зеебека и Пел тье. Здесь мы выведем приведенное ранее соотношение. Механизм эффе Пельтье обсудим в п. 5.14.2.
До сих пор полностью игнорировался еще один, пятый, эффект, а име) і эффект Томсона. Как будет показано ниже, на то были веские основаы Кроме того, в дальнейшем будет показана взаимосвязь эффектов Зеебе Пельтье и Томсона.
|
5. |
Эффект Томсона, обусловленный тепловой конвекцией при дрейфоі. движении носителей, будет подробно описан в п. 5.14.3.
