Hyödyllisiä Work lämpöä ympäristön

Osa 1. Jotkut termit ja määritelmät.

Sähkömotorinen voima (EMF) on kiinteä ulkoinen voima kenttä osa, joka käsittää virtalähteen ... ulkoisen vaikuttavan voiman elektrolyyttistä solujen väliset rajat elektrolyytin ja elektrodien. Ne toimivat myös rajan kahden erilaisten metallien ja määrittää kontakti mahdollinen eron vaikutuksesta [5, s. 193, 191]. Määrä hyppää potentiaalit kaikille pinnoille piirin osa on yhtä suuri potentiaaliero johtimien, joka sijaitsee ketjun päissä, ja sitä kutsutaan sähkömotorinen voima EMF johdinpiirin ... ketju koostuu vain johtimien ensimmäinen laji on yhtä suuri potentiaali hypätä ensimmäisen ja viimeisen johtimen suoraan heihin yhteyttä (Volta laki) ... Jos piiri on kunnolla auki, EMF tämä piiri on nolla. Korjaamiseksi avoimen piirin johdin, joka sisältää ainakin yhden elektrolyytin, sovellettavan lain volttia ... On selvää, vain johdinpiiri, joka käsittää ainakin yhden johtimen toisen lajin sähkökemiallisia soluja (tai ketjut sähkökemialliset osat) [1, s. 490-491].

Polyelektrolyytit ovat polymeerejä, jotka kykenevät dissosioitumaan ioneiksi liuoksessa, siis sama makromolekyyli, suuri määrä toistuvia kuluja ... silloitettu polyelektrolyyttien (ioninvaihtajat, ioninvaihtohartsin) ei liukene, turpoaa vain, säilyttäen kyky erottaa [6, s. 320-321]. Polyelektrolyyttien hajoavat negatiivisesti varautuneita macroion ja H + -ioneja kutsutaan polyhappojen ja hajoaa positiivisesti varautuneet ionit ja OH- macroion kutsutaan poliosnovaniyami.

Donnan tasapaino potentiaali on potentiaaliero, joka esiintyy vaiheessa välisen rajan kaksi elektrolyyttiä, jos tämä raja ei ole läpäisevä kaikkiin ioneihin. Pitävyys raja-arvot joillekin ionit voivat aiheuttaa, esimerkiksi, kun läsnä on kalvojen joissa on hyvin kapeat huokoset, jotka ovat impassable hiukkasille on tietyn koon yläpuolella. Valikoiva läpäisevyys liitäntä tapahtuu ja jos ioneja vahvasti sidoksissa yhden vaiheista, jotka jättävät se yleensä ei voi. Täsmälleen käyttäytyä ioninen ioninvaihtohartsien, tai ioninvaihdolla ryhmä kiinteä homopolaarigeneraattoreita sidoksen molekyylikidehilarakentei- tai matriisi. Liuoksen, joka sisällä tällaisia matriiseja muodostaa yhdessä sen kanssa yhden faasin; liuos, joka sijaitsee ulkopuolella, - toinen [7. 77].

Sähköinen kaksinkertainen kerros (EDS) tapahtuu rajapinnalla kahden vaiheen joukko vastakkaisesti varautuneiden kerrosten sijoitettu tietyn etäisyyden päähän toisistaan [7. 96].

Peltier tämä eristäminen tai lämmön absorboimiseksi kosketusalueella kahden eri johtimet riippuen suunnasta läpi virtaava sähkövirta kontaktin [2, s. 552].

Osa 2: lämpöjohdon veden elektrolyysin.

Tarkastellaan mekanismi esiintymisen piirin sähkökemiallisen kennon (jäljempänä elementti), on esitetty kaavamaisesti kuviossa. 1, lisää EMF johtuu sisäisestä kontakti mahdollinen ero (PKK) ja vaikutus Donnan (lyhyt kuvaus ydin Donnan vaikutus, sisäinen PKK ja liittyvät Peltier lämpöä on järjestetty kolmannen osan artikkeli).

Kuva 1. Kaavioesitys sähkökemiallisen kennon: 1 - katodi saatetaan kosketukseen liuoksen kanssa, joka on 3, sähkökemiallisen pelkistysreaktio elektrolyytin kationien esiintyy sen pinnalle, joka on valmistettu kemiallisesti inertistä voimakkaasti seostettu n-puolijohde. Osa katodin yhdistää se ulkoiseen jännitelähteeseen, metalloitu; 2 - anodi kosketuksiin liuoksen kanssa, 4, sen pinnalle esiintyy sähkökemiallisen hapetuksen reaktio elektrolyytin anionit, jotka ovat kemiallisesti inerttiä voimakkaasti seostettu p-puolijohde. Osa anodin yhdistää se ulkoiseen jännitelähteeseen, metalloitu; 3 - katoditilaan, polyelektrolyytin liuos, dissosioivista vedessä macroion r- negatiivisesti varautunut ja positiivisesti varautuneet vastaionit pieni K + (esillä olevassa esimerkissä on vety-ioni H +); 4 - anodiosastoon polyelektrolyytin liuos vedessä dissosioivien osaksi positiivisesti varautunut macroion R + ja negatiivisesti varautuneet vastaionit pieni A- (tässä esimerkissä se hydroksidi-ionien OH-); 5 - kalvo (kalvo), on läpäisemätön makromolekyylien (macroion) polyelektrolyyttejä, mutta täysin läpäisevä pieni vastaionit K +, A- ja vesimolekyylit yhteinen tila 3 ja 4; Evnesh - ulkoinen jännitelähde.

eMF by Donnan vaikutus

Selvyyden vuoksi, elektrolyytti katoditilan (. 3, kuvio 1) on valittu vesipitoista polyhapon liuos (R-H +), elektrolyytin ja anodiosaston (4, kuva 1.) - vesipitoinen poliosnovaniya (R + OH). Seurauksena dissosiaation polyhappojen katodiosaston, lähellä katodin pinnan (1, Fig. 1), on lisääntynyt pitoisuus H + ioneja. Positiivinen varaus esiintyvät lähellä katodin pinta ei kompensoida negatiivisesti varautunut macroions R-, koska ne eivät voi tulla lähelle katodin pinnan kokonsa ja, kun läsnä on positiivisesti varattua ionista ilmakehässä (katso yksityiskohdat. Kuvaus Donnan vaikutus liitteessä №1 kolmannen osan artikkelin). Siten, rajakerros liuosta suoraan kosketukseen katodin pinnalla on positiivinen varaus. Seurauksena, sähköstaattinen induktio katodin pinnalle, vierekkäisiä liuoksen kanssa, on negatiivinen varaus johtavuuselektronit. eli rajapinnalla katodin pinta ja DES ratkaisu tapahtuu. Alalla DES työntää elektroneja katodi - liuokseen.

Samoin, anodin (2, Fig. 1), rajakerros liuoksen anodiosastossa (4, Fig. 1) suoraan kosketukseen anodin pinnalla on negatiivinen varaus, ja anodin pinnalle, vierekkäisiä liuoksen kanssa, on positiivinen varaus. eli rajapinnalla anodin pinnan ja liuos tapahtuu myös DES. Alalla DES työntää elektronit liuoksesta - anodi.

Näin ollen, alan DES rajapinnoilla katodi ja anodi liuoksen kanssa, tuettu lämpöratkaisun ionidiffuusion, on kaksi sisäistä EMF lähde, jotka toimivat yhdessä ulkoisen lähteen, eli työntää negatiiviset varaukset silmukan vastapäivään.

Dissosiaatio poliosnovaniya polyhappojen ja aiheuttaa myös terminen diffuusio kalvon läpi (5, kuvio 1). H + ioneja katodisen tilan - anodin, ja OH-ionien anodiosastosta - katodi. Macroion R- ja R + polyelektrolyyttien ei voi liikkua kalvon läpi, joten se katoditilaan on ylimäärin negatiivinen varaus, ja anodisen tilan - ylimäärä positiivinen varaus, ts on toinen DPP johtuu Donnan vaikutus. Siten kalvo esiintyy myös sisällä EMF, jotka toimivat yhdessä ulkoisen lähteen diffuusio ja ylläpidetään liuoksen ioneja.

Tässä esimerkissä jännite kalvo voi saavuttaa 0,83 volttia, kun tämä vastaa potentiaalin muutos standardin vety elektrodin - 0,83-0 volttia siirtymistä emäksinen anodiosastossa katodiosaston happamassa ympäristössä. Katso lisätietoja. Liitteessä №1 kolmannen osan artikkelin.

eMF PKK sisäpuolelta

Element EMF Se esiintyy, mukaan lukien kosketuksessa puolijohde anodi ja katodi niiden metalliosien palvelevat liittää ulkoisen jännitteen lähde. Tämä eMF koska sisäinen PKK. Sisäinen Jos ei luo, toisin kuin ulkoisen kentän ympäröivässä tilassa kosketinjohdot, ts Se ei vaikuta liikkeen varattujen hiukkasten ulkopuolella johtimet. Rakentaminen n-puolijohde / metalli / p-puolijohde on riittävän tunnettu, ja sitä käytetään, esimerkiksi, lämpösähköinen Peltier-moduuli. Suuruus smv Tällaisen rakenteen huoneenlämpötilassa voi saavuttaa arvoja, jotka ovat luokkaa 0,4-0,6 voltin [5, s. 459; 2, s. 552]. Kentät koskettimet on suunnattu siten, että ne työntää elektronit vastapäivään silmukan, so toimivat yhdessä ulkoisen lähteen. Elektronit nostaa energian taso väliaineen absorboivat lämpöä Peltier.

Sisäinen IF joka johtuu diffuusio elektronien kosketuspinnat elektrodien ja liuos, päinvastoin, työntää elektronit myötäpäivään silmukan. eli liikkeen elektronien Element vastapäivään Näissä yhteyksissä on jaettava Peltier lämpöä. mutta koska elektronien siirtoa katodi liuokseen ja liuoksen anodi on välttämättä mukana on endoterminen reaktio vedyn ja hapen, lämmön Peltier ei väliaineeseen vapautunut, ja on vähentää endoterminen vaikutus, ts kuten "konservoitunut" on entalpia muodostumisen vetyä ja happea. Katso lisätietoja. Liitteessä №2 kolmannessa osassa artikkelin.

harjoittajat (elektronit ja ionit) liikkumaan Element piiri ei suljettu polkuja, maksutta elementissä ei liiku suljetussa kierrossa. Kukin elektroni anodi saatu liuos (aikana hapettuminen OH-ionien happi molekyylit), ja johdetaan ulkoisen piirin katodiin, haihtuu yhdessä vedyn molekyylien (prosessissa elpyminen ioneja H +). Vastaavasti ionit OH ja H + eivät liiku suljetussa piirissä, vaan ainoastaan vastaavan elektrodin, ja sitten haihduta muodossa molekulaarista vetyä ja happea. eli ja ionit ja elektronit kukin liikkuvat sen ympäristön kiihtyvä alalla DES, ja polun loppuun, kun ne saavuttavat pinnan elektrodin yhdistetään molekyylissä, muuntaa koko varastoitu energia - energia kemiallisen sidoksen, ja ulos silmukan!

Kaikki sisäiset lähteet emf Elementti, vähentää kustannuksia ulkoinen lähde veden elektrolyysillä. Siten, lämpöä ympäristön absorboivien elementtien toiminnan aikana ylläpitää diffuusio DES, on vähentää kustannuksia ulkoisesta lähteestä, ts Se lisää elektrolyysin tehokkuus.

Veden elektrolyysi ilman ulkoisen lähteen.

Tarkastellessaan tapahtuvien prosessien elementin kuvion. 1, ulkoinen lähde parametreja ei oteta huomioon. Oletetaan, että sisäinen vastus on yhtä suuri kuin rd ja jännite 0. Evnesh Elementti elektrodit on oikosuljettu passiivisen kuorman (ks. 5). Tässä tapauksessa, suunta ja suuruus DES kentät, jotka aiheutuvat rajapinnassa elementit pysyvät samoina.

Kuva 5. Sen sijaan Evnesh (Fig. 1), joka sisältää passiivisen kuorman RL.

Määrittää ehdot spontaanin virtaa tässä elementissä. Muuttamalla Gibbs mahdollisia, mukaan kaavan (1) liitteessä №1 kolmannen osan artikkeli:

Δ G sovitus = (Δ H sovitus - n) + Q mod

Jos P> Δ H + Q mod mod = +284,5-47,2 = 237,3 (kJ / mol) = 1,23 (eV / molekyyli)

Δ G arr <0 ja spontaani prosessi on mahdollista.

Otamme huomioon myös, että elementit vety sukupolven Reaktio tapahtuu happamassa väliaineessa (elektrodin potentiaali 0 V), ja happea alkalisessa (elektrodin potentiaali +0,4 volttia). Kuten elektrodin potentiaali säädetään kalvon (5, Fig. 5), jännite, joka tämän pitäisi olla 0,83 volttia. eli tarvittavan energian muodostumista vetyä ja happea on vähennetty 0,83 (eV / molekyyli). Sitten kunnon mahdollisuus spontaani prosessi tulee:

P> 1,23-0,83 = 0,4 (eV / molekyyli) = 77,2 (kJ / mol) (2)

Huomaamme, että energia este vedyn ja hapen molekyylien vältettävissä ja ilman ulkoista jännitelähdettä. eli jopa n = 0,4 (eV / molekyyli), ts kun sisäelektrodi VPTK 0,4 volttia, osa tulee olemaan tilassa dynaamisen tasapainon, ja mikä tahansa (jopa pieni) muutos tasapaino olosuhteet aiheuttavat virran piirissä.

Toinen este reaktioiden elektrodeilla on aktivaatioenergia, mutta se poistuu tunnelin vaikutus, joka johtuu pienuus elektrodien välinen rako ja liuos [7, s. 147-149].

Siten, perusteella energian näkökohtien, voimme päätellä, että spontaani elementin virrasta kuvion. 5, on mahdollista. Mutta mitä fyysinen syyt voivat aiheuttaa tämän nykyinen? Nämä syyt ovat seuraavat:

1. todennäköisyys elektronien siirtymään katodi liuokseen suurempi kuin todennäköisyys siirtyminen anodi liuokseen, koska n-puolijohde katodi on paljon vapaita elektroneja, joilla on korkea energiataso, ja p-puolijohde anodi - vain "reikiin", ja nämä "reikiin" ovat energian alapuolella katodin elektronit;

2. Kalvo on tuettu katoditilaan happaman ympäristön, ja anodi - alkalinen. Tapauksessa inerttien elektrodien, tämä johtaa siihen, että katodi elektrodin potentiaali tulee suuremmaksi kuin anodi. Näin ollen elektronit on siirryttävä kautta ulkoiseen piiriin anodista katodin;

3. pintavaraus polyelektrolyytin ratkaisuja, joka johtuu Donnan vaikutus, luo elektrodin / liuos kenttä siten, että kenttä katodilla edistää elektronin saanto katodi liuokseen, ja kenttä anodin - elektronin tuloa anodi liuoksesta;

4. tasapaino eteen- ja taaksepäin reaktiot elektrodit (vaihto virtaukset) painotettu H + -ioneja suoraan pelkistysreaktioita katodilla ja hapetus OH- ionien anodilla, koska niiden mukana kaasun muodostuminen (H2 ja O 2), joka kykenee helposti poistuva reaktioalueen (le châtelier'n periaate).

Kokeilut.

Ja kvantitatiivinen arviointi jännite kuorman Donnan vaikutus, toteutettiin koe, jossa katodi Element koostui aktiivihiilen kanssa ulomman grafiittielektrodien ja anodi - seosta aktiivihiili ja anionihartsin AB-17-8 ulomman grafiittielektrodien. Elektrolyytti - NaOH: n vesiliuosta, anodi ja katodi tilat on erotettu synteettiset huovan. Avoimen ulkoiset elektrodit tämän elementin oli jännite on noin 50 mV. Kun se on kytketty elementti ulkoisen kuorman 10 ohmin kiinteä virtaa noin 500 uA. Kun lämpötila nousee 20-30 0C jännite ulkoisen elektrodin nousi 54 mV. Jännitteen kasvattamisen ympäristön lämpötilassa vahvistaa, että lähde smv on diffuusio, ts lämpöliike hiukkasia.

Ja kvantitatiivinen arviointi jännite kuorman sisä- VPTK metalli / puolijohde koe suoritettiin, jossa solu katodi koostuu synteettisistä hiiligrafiittijauheesta ulomman grafiittielektrodien ja anodi - jauheen boorikarbidin (B4C, p-puolijohde) yhdessä ulomman grafiittielektrodien. Elektrolyytti - NaOH: n vesiliuosta, anodi ja katodi tilat on erotettu synteettiset huovan. Avoimen ulkoiset elektrodit elementin jännite oli noin 150 mV. Kun liittämällä ulkoinen kuormitus elementin 50 kOhm jännite laskenut 35 mV., Tällainen vahva jännitehäviö vähäisen luontainen boorikarbidin ja, sen seurauksena, on suuri sisäinen vastus Element. Tutkimuksessa jännite lämpötilan funktiona elementin rakenne on sellainen, ei ole suoritettu. Tämä johtuu siitä, että puolijohteen, riippuen sen kemiallinen koostumus, seostusastetta ja muita ominaisuuksia, lämpötilan muutos eri tavoin voidaan vaikuttaa sen Fermi-tasolla. eli lämpötilan vaikutus EMF Elementti (nousu tai lasku), tässä tapauksessa riippuu käytetyistä materiaaleista, joten tämä ei ole osoitus kokeilu.

Tässä vaiheessa edelleen toisessa kokeessa, jossa solu katodi on valmistettu seoksesta aktiivihiili jauhetta ja KU-2-8 kanssa ulomman ruostumatonta terästä olevan elektrodin ja anodi seoksesta aktiivihiili jauhetta ja anionihartsin AB-17-8 ulkoiseen elektrodin ruostumatonta terästä. Elektrolyytti - NaCI: n vesiliuoksella, anodi ja katodi tilat on erotettu synteettinen huopa. Ulkoiset elektrodit tämän elementin lokakuuhun 2011 tilinpäätös kykenevät oikosulkua passiivisen ampeerimittari. Virta, joka esittää virtamittari, noin päivän jälkeen puolestaan laski 1 mA - 100 Mka (joka johtuu ilmeisesti polarisaatio elektrodien), ja sen jälkeen yli vuosi ei muutu.

Käytännön kokeissa on kuvattu yhteydessä edellä tehokkaampaa materiaalit hankala saadut tulokset olennaisesti pienempi kuin teoreettisesti on mahdollista. Lisäksi huomaa, että osa kaikista sisäisen EMF Elementti aina kulutetaan ylläpitämiseksi elektrodin reaktio (vedyn tuotantoon ja happi), ja ei voida mitata ulkoiseen piiriin.

Päätelmät.

Yhteenvetona voidaan todeta, että luonto avulla voimme muuntaa lämpöenergiaa hyödylliseksi energiaksi tai työhön, kun laitetta käytetään "lämmittimen" ympäristö ja joilla ei ole "jääkaappi". Näin Donnan vaikutus ja sisäinen IF muunnetaan lämpöenergian varatut hiukkaset sähkökentän energia DEL kuin endotermisen reaktion lämpö muunnetaan kemialliseksi energiaksi.

Pidetään kosketinelementti kuluttaa lämpöä väliaineesta ja vettä, ja allokoi sähkö-, vetyä ja happea! Lisäksi menetelmä energiankulutuksen ja vedyn käyttö polttoaineena, ja vesi palaa takaisin lämpöä väliaineeseen!

Osa 3 liitteessä.

Tämä osa on edelleen keskusteltu Donnan tasapainon vaikutus, risteyksessä sisemmän VPTK metalli / puolijohde ja Peltier lämmön redox-reaktioita ja elektrodin potentiaalien elementti.

Donnan potentiaali (liite №1)

Tarkastellaan mekanismia esiintymisen Donnan potentiaalia polyelektrolyyttiä. Hajottamisen jälkeen polyelektrolyytin vastaionien aloittaa pieni, diffuusion jättäen viemä makromolekyyli. Suuntaava diffuusio vastaionien pieni määrä polyelektrolyyttiä makromolekyylien liuotin johtuu suurempaan keskittymiseen suurin osa makromolekyylin verrattuna loput liuoksesta. Lisäksi, jos, esimerkiksi pieniä vastaionit ovat negatiivisesti varautuneita, tämä johtaa siihen, että sisempi osa makromolekyylin ovat positiivisesti varautuneita, ja liuos on välittömästi vieressä tilavuus makromolekyylin - negatiivinen. eli noin positiivisesti varautunut macroion tilavuus, on eräänlainen "ioni ilmapiiri" pieni vastaioneja - negatiivisesti varautuneita. Päättyminen ioninen ilmakehässä vastaa kasvu tapahtuu, kun sähköstaattinen kenttä välillä ionin määrä macroion ilmapiiri ja saldot lämpödiffuusiota pienten vastaionien. Tuloksena tasapaino mahdollinen ero ilmakehään ja ioninen macroions on Donnan potentiaalia. Donnan-potentiaali on myös nimitystä kalvon potentiaalia, koska samanlainen tilanne esiintyy puoliläpäisevän kalvon, esimerkiksi silloin, kun se erottaa elektrolyyttiliuos, joka on ioneja kahdenlaisia - kykenee ja ei läpäise läpi puhdasta liuotinta.

Donnan-potentiaali voidaan pitää rajoittavana tapauksessa diffuusion potentiaali, kun liikkuvuus yhden ionien (tässä tapauksessa macroion) on nolla. Sitten mukaan [1, s. 535], ottamaan vastaan laskurin vastaa yhtä:

E d = (RT / F) Ln ( a1 / a2), jossa

Ed - Donnan potentiaalia;

R - yleinen kaasuvakio;

T - termodynaaminen lämpötila;

F - Faradayn vakio;

a1, a2 - vasta-aktiivisuuden kosketuksissa vaiheissa.

Tässä jäsen, jossa kalvo erottaa poliosnovaniya liuokset (pH = Lg 1 = 14) ja polyhappo (pH = Lg 2 = 0), Donnan mahdollisia membraanin läpi huoneenlämpötilassa (T = 300 0 K) olisi:

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

Donnan-potentiaali kasvaa suorassa suhteessa lämpötilaan. Diffuusion sähkökemiallisen kennon Peltier lämpö on ainoa tuotantoon hyödyllistä työtä, ei ole yllättävää, että tällaiset emf lisääntyy lämpötilan. Diffuusiokennotutkimuksissa tuotantoa varten työn, Peltier aina lämpöä ympäristöstä otettua. Kun virta kulkee EDL muodostettu Donnan vaikutus, suunnassa, joka on samaan aikaan positiivinen suunta alalla DES (eli kun alalla DES suorittaa positiivista työtä), imetään lämpöä ympäristöstä varten Tämän paperin valmistukseen.

Mutta diffuusio elementti on jatkuva ja yksisuuntainen muutos ioni-pitoisuus, joka johtaa lopulta tasaus pitoisuus ja pysäyttäminen suunnattu diffuusio, toisin kuin tasapaino Donnan, jossa siinä tapauksessa, vuotojen kvasistaattisessa virtojen ionipitoisuus, kun se on saavuttanut tietyn arvon, pysyy muuttumattomana .

Kuva 2 esittää kaavion redoksipotentiaaleja reaktiot vedyn ja hapen vaihdettaessa liuoksen happamuus. Kuvio osoittaa, että elektrodin potentiaali hapen muodostumisen reaktio ilman OH-ioneja (1,23 volttia happamassa ympäristössä) on erilainen kuin sama potentiaali korkeina pitoisuuksina (0,4 volttia alkalisessa väliaineessa) 0,83 volttia. Samoin elektrodin potentiaali vedyn muodostava reaktio ilman H + (-0,83 voltin alkalisessa väliaineessa) on erilainen kuin sama potentiaali korkeina pitoisuuksina (0 V happamassa väliaineessa), myös 0,83 volttia [4. 66-67]. eli selvää, että 0,83 volttia tarvitaan, jotta saataisiin korkea konsentraatio veden vastaavissa ioneja. Tämä tarkoittaa, että 0,83 volttia tarvitaan massan neutraali veden hajoamisesta molekyylien H + ja OH-ioneja. Näin ollen, jos kalvo on tuettu meidän Element katoditilassa happamassa väliaineessa ja alkalisen anodisen, jännite voi saavuttaa DEL 0,83 volttia, joka on hyvässä sopusoinnussa teoreettisten laskelmien esitetty aikaisemmin. Tämä jännite aikaansaa korkean johtavuuden tila DES kalvon veden dissosiaation ioneja sisällä.

Kuva 2. Kaavio hapetus-potentiaalit

veden hajoaminen, ja H + -ionien ja OH- vedyksi ja hapeksi.

IF ja Peltier lämmön (liite №2)

"Syy Peltier on, että keskimääräinen energia varauksenkuljettajien (varten definiteness elektronien) mukana sähkönjohtavuuden eri johtimien eri ... Siirryttäessä yhden johtimen toiseen elektronin tai lähettää ylimääräisen sähköverkkoon tai täydentää energian puute sen kustannuksella (riippuen virran suunta).

Kuva 3. Peltier vaikutus kosketukseen metallin ja puolijohde n-: ԐF - Fermi tasolla; ԐC - pohjaan johtuminen bändi puolijohteen; ԐV - valenssivyön; I - positiivinen suunta nykyisestä; piireissä nuolilla esitetty kaavamaisesti elektroneja.

Ensimmäisessä tapauksessa lähelle kosketus irtoaa, ja toinen - ns imeytyä .. Peltier lämpöä. Esimerkiksi, on kosketuksessa puolijohde - metallin (kuvio 3) energia elektronien, jotka kulkevat n-tyypin puolijohde metalli (vasen touch) on huomattavasti suurempi kuin fermienergia ԐF. Siksi, ne rikkovat lämpötasapaino on metallia. Tasapaino on palautettu seurauksena yhteentörmäyksiä, joissa thermalized elektroneja, jolloin ylimääräisen energian kiteistä. verkkoon. Puolijohde metallia (oikea kosketus) voi kulkea vain kaikkein energinen elektroneja, niin että elektroni kaasua metalli jäähtyy. Palauttamisesta tasapainojakauma värähtely energiasta ristikko "[2, s. 552].

Yhteyttä metalli / p-puolijohde tilanne on samankaltainen. koska p-johtavuus puolijohde reiät tarjota valenssivyön, joka on alle Fermi tason, niin kontakti jäähtyy, jossa elektronit virtaavat p-puolijohde metalliin. Peltier vapautuvaa lämpöä tai absorboi kontakti kahden johtimen, koska tuotannon negatiivinen tai positiivinen sisäisen IF.

Sisällytetty vasemman kosketuksessa raon (Fig. 3), johon Peltierin lämmön jakamista, elektrolyysikennossa, esimerkiksi NaOH: n vesiliuosta (kuvio 4) ja metallipuolijohdekanavatransistoreja ja n-anna olla kemiallisesti inertti.

Kuva 4. vasen kosketukseen n-puolijohde, ja metalli on auki ja asetetaan aukon elektrolyyttiliuoksen. Nimitykset ovat samat kuin kuviossa. 3.

Koska, kun virtaa «I», puolijohde n-elektronien energian saapua ratkaisu kuin tulossa ulos liuoksen metalli, tämä ylimääräinen energia (lämmön Peltier) täytyy seistä solussa.

Nykyisen solun läpi voi olla vain Jos vuotoja siinä sähkökemiallisia reaktioita. Jos eksoterminen reaktio solussa, Peltier lämpö vapautuu solussa, kuten enemmän hän on mennä minnekään. Jos reaktio solussa - endoterminen, peltier lämpö on kokonaan tai osittain kompensoida endotermisen vaikutuksen, eli muodostamiseksi reaktion tuote. Tässä esimerkissä solun koko reaktion: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endoterminen, joten lämpö (energia) Peltier on luoda molekyylejä ja H 2O 2, on muodostettu elektrodit. Siten, saadaan että lämpöä Peltier valittu väliaineessa oikealla n-kontakti puolijohde / metalli ei vapaudu takaisin ympäristöön, ja tallennetaan muodossa kemiallisen energian vedyn ja hapen molekyylejä. On selvää, että toiminta ulkoisen jännitteen lähde kuluu veden elektrolyysin, tässä tapauksessa on pienempi kuin tapauksessa identtisiä elektrodeja, joka ei aiheuta esiintyminen Peltier ..

Riippumatta ominaisuuksien elektrodien elektrolyysikenno itse voi absorboida tai tuottavat lämpöä, kun läpi Peltierin nykyinen siihen. Kvasi-staattisissa olosuhteissa, mahdollinen muutos Gibbs solujen [4, s. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, jossa

Δ H - entalpian muutos solun;

T - termodynaaminen lämpötila;

Δ S - muutos entropia solun;

Q = - T Δ S - lämpöä Peltier-kennon.

Ja vety-happi sähkökemiallinen kenno lämpötilassa T = 298 (K), muutos entalpia ΔHpr = - 284,5 (kJ / mol) [8, s. 120], muutos Gibbsin potentiaali [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1,23 = - 237,3 (kJ / mol), jossa

z - elektronien lukumäärä molekyyliä kohden;

F - Faradayn vakio;

E - EMF: solu.

siksi

Q AVE = - T Δ S ave = Δ G jne. - Δ H jne. = - 237,3 + 47,2 = 284,5 (kJ / mol)> 0,

eli vety-happi sähkökemiallinen kenno tuottaa lämpöä Peltier ympäristössä, samalla kun parannetaan sen entropia ja alentaa sen. Sitten käänteinen prosessi, veden elektrolyysiä, joka on asian laita esimerkiksi Peltier-lämpö Q mod = - Q ave = - 47,3 (kJ / mol) elektrolyyttiä imeytyy ympäristöstä.

Tarkoittavat P - Peltier lämpöä ympäristöstä otettua oikeaan n-kontakti puolijohde / metalli. Lämpö P> 0 täytyy seistä solussa, mutta koska hajoaminen veden solun endotermisen reaktion (Δ H> 0), peltier lämpö P on kompensoida lämpövaikutus reaktion:

Δ G sovitus = (Δ H sovitus - n) + Q mod                                                                        (1)

Mod Q riippuu vain elektrolyytin koostumuksesta, koska Se on ominaista elektrolyysikennon kanssa inerttien elektrodien, ja n on riippuvainen ainoastaan elektrodin materiaaleista.

Yhtälö (1) esittää, että lämpö Peltier-P ja Peltier lämmittää mod Q, ovat tuotanto hyödyllistä työtä. eli Peltier lämpöä otetaan pois väliaine vähentää kustannuksia ulkoiseen virtalähteeseen tarvitaan elektrolyysillä. Tilanne, jossa lämpöä väliaine on energianlähteenä tuotantoon hyödyllistä työtä, on ominaista diffuusio, samoin kuin monet sähkökemiallisia kennoja, esimerkkejä tällaisista elementit on esitetty [3, s. 248-249].

Viitteet

1. Gerasimov Ya. I. aikana fysikaalisen kemian. Tutorial: Yliopistojen. V 2 t. T.II. - 2. painos .. - M.: Kemia, Moskova, 1973. - 624 s.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier. // Fyysinen tietosanakirja. 5 m. T. III. Magneto - Poyntingin lause. / Ch. Painos A. M. Prohorov. Painos laskea. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov ja muut -. M.: Isovenäläinen Encyclopedia, 1992. - 672 s. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Physical Chemistry. 2 kirjoja. Vol. 1. rakenne Matter. Termodynamiikka: Proc. varten lukioissa; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et ai Godnev -. 3rd ed .. - M.: Korkeampi. wk, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Physical Chemistry. 2 kirjoja. Vol. 2. Sähkökemia. Kemiallisen kinetiikan ja katalyysin: Proc. varten lukioissa; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et ai. -3 toim., Rev. - M.: Korkeampi. vk, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV yleinen kulku fysiikan. Tutorial: Yliopistojen. 5 m. T.III. Sähkö. - 4. painos, stereotypiat .. - M.: FIZMATLIT; Julkaisujen kustantaja MIPT, 2004. - 656 s. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. Fysikaalinen kemia polymeerien. - M.: Kemia, Moskova, 1968. - 536 s.
7. Vetter K. Sähkökemiallinen kinetiikka, käännetty saksan kielen kanssa tekijän muutoksilla Venäjän painos, toimittanut Corr. USSR Academy of Sciences prof. Kolotyrkin YM - M.: Kemia, Moskova, 1967. - 856 s.
8. P. Atkins Physical Chemistry. 2 v. T. I., käännetty Englanti kielellä ja lääkäriä Kemia Butin KP - M.: Mir, Moskova, 1980. - 580 s.