Главная
Попытка заменить пчелу
Предложения советских рационализаторов
Радиоэлектронные собеседники животных
Роботехника в производстве и в быту
Тайна профессора Рентгена
Деталь сама себя обрабатывает и охлаждает
Желтый подводный робот
Ледяные корабли
Открытия и наблюдения советских ученых
Новаторская перевозка грузов
Перпетуум мобиле с Алексеем Воробьёвым-Обуховым
Пишущая машинка стенографирует и расшифровывает
Шахматная махина маэстро кэмпелена
Роторно-винтовые ледоколы
Русскому керосину - 160 лет
Спасение в воздушных просторах
Что умеют машины
|
Главная - Литература Ориентировочные значения термоэлектрических характеристик некоторых жидких полупроводииковых соединений
ГАЗООБРАЗНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Основной недостаток твердых и жидких термоэлектрических материалов заключается в том, что в термоэлементах, изготовленных из них, ббльшая часть теплоты передается теплопроводностью от горячих к холодным спаям. Поэтому вполне естествен интерес к системам, имеющим между горячим и холодным источниками газ или откачанное до глубокого вакуума пространство. В этом случае перенос теплоты теплопроводностью может быть уменьшен до минимума. Однако при этом изменится и качественная сторона физических процессов. Действие описанного преобразователя тепловой энергии в электрическую основано на явлении эмиссии электронов, открытом Эдисоном в 1881 г. Поэтому в отличие от термоэлектрических они носят название термоэмиссионных. На отдельных лабораторных образцах термоэмиссионных генераторов были получены значения удельных мощностей по катоду 10-е-15 вт/см при напряжении 1-2 е. Максимальный к. п. д. термоэмиссионного метода преобразования энергии при температуре катода около 2000° К и анода 1000° К составляет примерно 20%. Такое значение к. п. д. позволяет считать термоэмиссионный метод прямого преобразования энергии весьма перспективным. Уровни температур катода и анода, характерные для термоэмиссионных преобразователей энергии, лежат несколько выше диапазона температур, наиболее целесообразного для использования термоэлектрогенераторов. Поэтому серьезного внимания заслуживают различные сочетания термоэмиссионного и термоэлектрического преобразователей энергии, в которых последние служат утилизаторами теплоты, отводимой от анодов. Конструктивно такие системы могут быть выполнены как совмещенными, так и раздельными. В первом случае передача теплоты от анода к горячим спаям термоэлементов осуществляется теплопроводностью, во втором - посредством теплоносителя. По электричеству обе системы могут быть соединены последовательно либо параллельно, нагрузка может быть общей или раздельной [100]. Суммарный к. п. д. комбинированного термоэмиссионно-термо-электрического процесса преобразования энергии может быть определен по формуле Ч1комб ~ Цтэы. г ~Ь 11тэ. г(1 Цгэы. г)> где Г1,э„ г - К. П. Д. термоэмиссионного преобразователя энергии; 11т9. г - к. п. д. термоэлектрического преобразователя энергии. Эффективность комбинированного преобразователя энергии уже в настоящее время может быть достаточно высокой. Так, при Г1„„. j=20% и rjra-r = 10% г1комб 28%. Эти данные в будущем позволят рассчитывать на возможность применения термоэмиссионно-термоэлектрических установок в качестве главных энергетических установок на судах различных типов. § 5. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В настоящее время известно большое количество различных полупроводниковых веществ и соединений, однако ни одно из них не обладает достаточно высокими термоэлектрическими характеристиками в широком диапазоне температур (АГ >» > 300 град). Поэтому в зависимости от абсолютных значений температуры и разности температур между горячими и холодными спаями для изготовления термоэлементов приходится использо- вать различные полупроводниковые материалы, причем если эффективность единичного термоэлектрического каскада оказывается недостаточной и при этом полезный перепад температур ДГ = Tj. - Тх велик, приходится обычно применять термоэлектрические каскады [57, 58]. Именно по этой причине вопрос о выборе полупроводникового вещества для заданного температурного перепада, равно как и вопрос об оптимальном количестве каскадов термоэлектрических устройств вообще и термоэлектрогенераторов в частности, является основным при разработке этих устройств. При этом необходимо W 0.8 Ofi 0,1 0.2 712 т тЗ 873 1073 т°к 273 173 673 873 1073 ГК Рис. 23. Зависимость параметра гТ от Т для некоторых полупроводниковых материалов: а - р- и б - п-типов. / - BijTea; 2 - РЬТе; 3 - SnTe (PbSnTe); 4 - GeSi учитывать и ряд других факторов: наличие разработанных методов коммутации, стоимость и дефицитность материалов, их физические характеристики, такие, как: - температура плавления; - упругость паров; - диффузионные свойства примесей и материал-матрицы; - окисляемость; - механическая прочность; - коэффициент теплового расширения и др. К числу наиболее изученных термоэлектрических материалов, нашедших применение в термоэлектрических устройствах, относятся различные одно- и многокомпонентные химические соединения и сплавы, в состав которых обычно входят и элементарные полупроводники. Характеристики некоторых из этих материалов приведены в табл. 5. Для оценки оптимального температурного диапазона термоэлектрических материалов на рис. 23 приводятся графические зависимости zT = f {Т), которые могут быть использованы для ориентировочных расчетов характеристик термоэлементов, изготовленных из наиболее широко используемых термоэлектрических веществ [48-50], [129]. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [18] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 0.0013 |