Список рекомендованих джерел

1. Любчик Г. М. Теплоенергетичні установки та екологічні аспекти виробництва енергії / Г. М. Любчик, Г. Б. Варламов, В. А. Маляренко. – К.: ІВЦ „Політехніка”, 2003. – 232 с.

2. Анатычук Л. И. Термоэлектричество. Т.4: Функционально-градиентные термоэлектрические материалы / Л. И. Анатычук, Л. Н. Вихор. – 2012. – 180 с.

3. Плачков І. В. Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Книга 3. Розвиток теплоенергетики та гідроенергетики / І. В. Плачков, І. Н. Дунаєвська та ін. – К.: " Гнозіс", 2011 – 392 с.

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Енергетичну незалежність України можна забезпечити, лише повернувшись до широкого використання енергетичного потенціалу й почати використовувати залишкову енергію, що виділяється у теплових викидах (котлів, автомобілів, виробництв).

Найдієвіший спосіб зменшити вплив людини на природу є збільшення ефективності використання енергії. Є два шляхи подолання енергетичної кризи: перше – це мінімізація використання природного палива або його повна заміна на альтернативні джерела, друге – це вдосконалення технічних засобів для отримання більшого ККД. Робота присвячена дослідженню енергетичного потенціалу залишкового тепла передбаченого технологічним процесом.

На сьогоднішній день перспективним є рекуперація електроенергії з відпрацьованого тепла та одержання холоду з електричного струму. Такі перетворення енергії відбуваються за допомогою термоелектричних явищ – ефекту Зеебека, явище перетворення тепла і холоду в електричний струм, а також ефекту Пельтьє, процес нагрівання та охолодження з допомогою струму. Термоелектрична генерація є одним із перспективних, а в деяких випадках єдино доступним джерелом перетворення теплової енергії в електричну.

Аналізуючи літературні джерела, ми з’ясували, що ефект Пельтьє і ефект Зеєбека є взаємо-зворотними. До того ж елемент Пельтьє являє собою біметалічні термопари. Таким чином, цілком можливо припустити, що елемент Пельтьє можливо використати як термоелектричний генеруючий модуль (ТЕГМ).

Рис.1. Принципова схема термоелектричного модуля (ТЕМ) Пельтьє

Термоелектричний модуль (Елемент Пельтьє) являє собою сукупність термопар, електрично зьєднаних, як правило, послідовно. У стандартному термоелектричних модулів термопари поміщаються між двох плоских керамічних пластин на основі оксиду або нітриду алюмінію. Кількість термопар може змінюватися в широких межах — від одиниць до сотень пар, що дозволяє створювати ТЕМ практично будь холодильної потужності — від десятих часток до сотень ват. При проходженні через термоелектричний модуль постійного електричного струму між його сторонами утворюється перепад температур-одна сторона (холодна) охолоджується, а інша (гаряча) нагрівається. Якщо з гарячою боку ТЕМ забезпечити ефективне відведення тепла, наприклад, за допомогою радіатора, то на холодній стороні можна отримати температуру, яка буде на десятки градусів нижче температури навколишнього середовища. Ступінь охолодження буде пропорційною величиною струму. При зміні полярності струму гаряча і холодна сторони міняються місцями.

Порядок виконання роботи.

1. Перевірити положення вимикачів i автотрансформатора (рис.2): вимикачі 7, 12 у лівому положенні, автотрансформатор на " О".

2. Ознайомитись з порядком роботи цифрового вольтметра (інструкція на робочому мiсцi).

3. Підготувати таблицю градуювання термопари

Таблиця 1. Градуювання термопари

t2 , 0С
t1 , 0С
Т2 – Т1
мВ
мВ

4. Увімкнути автотрансформатор (ЛАТР) у розетку змінного струму і, регулюючи ним напругу на нагрівачі, поступово підвищувати температуру.

5. Виміряти i записати і - порядковий но­мер виміру (через кожні 10 градусів від кімнатної температури до 160 ⁰С.

6. Побудувати графік (суцільна лінія).

7. Для усix значень різниці температур Т₂ – Т₁ визначити дійсні значення термоЕРС. взяти з таблиці, що є на робочому місці.

8. Побудувати в одній координатній площині графіки залежностей суцільною лінією і пунктирною лінією.

9. На основі двох одержаних графіків визначити середнє значення абсолют­ної похибки градуювання термопари.

10. Визначити питому термо ЕРС для двох крайніх і середньої точки графіка (за п.6).

11. Встановити ручку ЛАТРа на " О" i вимкнути його з розетки.

12. Увімкнути елемент Пельтьє в коло постійного струму i встановити реостатом вказані на робочому місці струми. Виміряти термо ЕРС на контактах 5, 6, перемикаючи термопари вимикачем 8. Визначити різницю термо ЕРС, і за таблицею, що знаходиться на робочому місці, визначити значення різниці температур контактів.

Додаткові параметри і формули:

1. Теплота Пельтье (Q), яка поглинається на холодному спаю в одиницю часу визначається згідно виразу:

dQ/dt =Пав – І = (Па - Пв)І; (А.1)

де, Па та Пв – коефіцієнти Пельтьє матеріалів.

2. Тепло Пельтьє пропорційне силі струму і може бути виражено формулою:

Qп = П • q (А.2)

де q - заряд пройшов через контакт, П - так званий коефіцієнт Пельтьє, який залежить від природи контактуючих матеріалів та їх температури.

3. Коефіцієнт Пельтьє може бути виражений через коефіцієнт Томпсона:

П = T (А.3)

де  - коефіцієнт Томпсона, Т - абсолютна температура.

4. Головна характеристика термоелектричного охолоджуючого пристрою - це ефективність охолодження:

Z = a2 / (RL), (А.

4)

де - коефіцієнт термоерс;

R - питомий опір;

L - питома теплопровідність напівпровідника.

5. Розмірність коефіцієнта Пельтьє [П] СІ = Дж / Кл = В

Контрольні запитання

1. Поясніть причину виникнення контактної різниці потенціалів?

2. У чому суть термоелектричних явищ?

3. Як залежить термоЕРС від температури?

4. Які переваги при вимірюванні температури за допомогоютермопари?