Альтернативная энергетика

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

Термодинамика термоэлектрического преобразования

В основе работы термоэлектрогенераторов (ТЭГ) лежат три термо-донамически обратимых термоэлектрических эффектов - Зеебека, Пельтье и Томсона. Термоэлектрическими явлениями принято называть эффекты   возникновения в проводящих средах   электродвижущих сил и электрических токов под воздействием тепловых потоков и эффекта возникновения те-плот, дополнительных к джо-улевой теплоте, при протекании электрического тока. Эффект Зеебека, обусловленный перераспределением носителей зарядов вследствие наличия температурного градиента, проявляется в том, что в электрической цепи ( 52), составленной из двух разнородных проводников (термоэлектродов А и В), если точки их спаев поддерживаются при разных температурах,   возникает   электродвижущая   сила,   называемая   термоэдс

где Ti и Тг - температуры горячего и холодного спаев; оив - коэффициент Зеебека или относительный коэффициент ТЭДС, зависящий от свойств термоэлектродов и температуры. Эффект Пельтье, обусловленный различным распределением носителей зарядов по энергиям в проводниках А и В при одинаковой температуре, заключается в том, что при прохождении электрического тока I через спай А и В в этом спае выделяется или поглощается теплота. Qn , пропорциональная току и зависящая от типа контактирующих проводников:

Qn = ПАВ <Т)-1, (2)

где ПАВ - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом Пельтье, зависящий от свойств материалов и температуры спая. При данной температуре выполняется условие ПАВ = - ПВА, т.е. при изменении направления тока изменяется знак теплоты Пельтье.

Эффект Томсона, обусловленный зависящим от температуры распределением носителей заряда по энергиям в проводнике с током, проявляется в том, что при прохождении электрического тока I через проводник, вдоль которого существует градиент температуры — в нем выделиляется или поглощается теплота, пропорциональная току и градиенту температурыгде dQt - количество теплоты, выделяемое в единицу времени на длине проводника dl при условии, что градиент температуры на этом участке

равен —, а ток I, т - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом Томсона: он зависит от свойств проводника и от температуры, т > 0 при одинаковом направлении тока и градиента температур.

Соотношение между тремя термоэлектрическими коэффициентами называют соотношениями Томсона

Термоэлектрический элемент. Простейшей моделью термоэлектрического элемента является цепь, состоящая из двух различных однородных проводящих материалов, спаи которой находятся при различных температурах Ti и Тг.