เครื่องทำอุณหภูมิ: วิธีการ "เชื่อม" ไฟฟ้าบนเตาแก๊ส

ฟอรัมไฟฟ้าแห่งหนึ่งถามคำถามต่อไปนี้:“ ฉันจะรับกระแสไฟฟ้าโดยใช้ก๊าซในครัวเรือนได้อย่างไร” นี่คือแรงบันดาลใจจากความจริงที่ว่าก๊าซจากสหายนี้และเหมือนกันหลายคนจ่ายตามมาตรฐานโดยไม่ต้องมิเตอร์

ไม่ว่าคุณจะใช้งานไปมากแค่ไหนคุณก็จ่ายเป็นจำนวนคงที่แล้วทำไมคุณไม่เปลี่ยนค่าใช้จ่ายที่จ่ายไปแล้ว ดังนั้นหัวข้อใหม่ปรากฏขึ้นบนฟอรัมซึ่งผู้เข้าร่วมที่เหลือเป็นผู้เลือก: การสนทนาอย่างใกล้ชิดช่วยไม่เพียง แต่ลดวันทำงานเท่านั้น แต่ยังฆ่าเวลาว่างด้วย

มีตัวเลือกมากมายที่แนะนำ เพียงแค่ซื้อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเบนซินและเติมด้วยน้ำมันเบนซินที่ได้จากการกลั่นก๊าซในประเทศหรือสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้ทำงานทันทีบนแก๊สเช่นรถยนต์

แทนที่จะเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องยนต์สเตอร์ลิงหรือที่เรียกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายนอกถูกเสนอ นี่เป็นเพียงตัวเริ่มต้นอันดับหนึ่ง (ธีมที่สร้างธีมใหม่) อ้างว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีพลังงานอย่างน้อย 1 กิโลวัตต์ แต่มันได้รับการหาเหตุผลเข้าข้างตนเองโดยบอกว่าสเตอร์ลิงดังกล่าวจะไม่พอดีแม้แต่ในห้องครัวของห้องรับประทานอาหารขนาดเล็ก นอกจากนี้เป็นสิ่งสำคัญที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเงียบมิฉะนั้นคุณเองรู้อะไร

หลังจากคำแนะนำมากมายมีคนจำได้ว่าเห็นภาพในหนังสือที่แสดงโคมไฟน้ำมันก๊าดพร้อมกับอุปกรณ์ดาวหลายลำแสงสำหรับเปิดเครื่องรับทรานซิสเตอร์ แต่จะมีการหารือกันต่อไปอีกเล็กน้อย แต่สำหรับตอนนี้ ...

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โม ประวัติและทฤษฎี

เพื่อรับกระแสไฟฟ้าโดยตรงจากเตาแก็สหรือแหล่งความร้อนอื่น ๆ จะใช้เครื่องกำเนิดความร้อน เช่นเดียวกับเทอร์โมคัปเปิลหลักการทำงานของมันนั้นขึ้นอยู่กับ ผล Seebeckเปิดในปี 1821

ผลดังกล่าวคือในวงจรปิดของตัวนำที่แตกต่างกันสองตัว emf จะปรากฏขึ้นหากรอยต่อของตัวนำอยู่ที่อุณหภูมิแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นชุมทางร้อนอยู่ในภาชนะที่มีน้ำเดือดและอีกอันหนึ่งอยู่ในถ้วยน้ำแข็งละลาย

ผลที่เกิดขึ้นจากความจริงที่ว่าพลังงานของอิเล็กตรอนอิสระขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ในกรณีนี้อิเล็กตรอนเริ่มเคลื่อนที่จากตัวนำซึ่งมีพลังงานสูงกว่าในตัวนำซึ่งพลังงานของประจุมีค่าน้อย หากหนึ่งในรอยต่อถูกทำให้ร้อนมากกว่าอีกจุดหนึ่งความแตกต่างของพลังงานของประจุที่เกิดขึ้นนั้นสูงกว่าในจุดที่เย็น ดังนั้นหากปิดวงจรกระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นก็จะมีเทอร์โมเพาเวอร์เดียวกัน

ขนาดของเทอร์โมพาวเวอร์สามารถประมาณได้โดยใช้สูตรง่ายๆ

E = α * (T1 - T2) ที่นี่αคือสัมประสิทธิ์เทอร์โมอิเล็กทริกซึ่งขึ้นอยู่กับโลหะที่ประกอบด้วยเทอร์โมคัปเปิลหรือเทอร์โมคับเปิล ค่าของมันมักจะแสดงออกเป็นไมโครโวลต์ต่อองศา

ความแตกต่างของอุณหภูมิของรอยต่อในสูตรนี้ (T1 - T2): T1 คืออุณหภูมิของรอยต่อร้อนและ T2 ตามลำดับของความเย็น สูตรข้างต้นแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในรูปที่ 1

รูปที่ 1 หลักการของเทอร์โมคัปเปิล

ภาพวาดนี้เป็นแบบคลาสสิกสามารถพบได้ในตำราฟิสิกส์ใด ๆ รูปที่แสดงวงแหวนที่ประกอบด้วยตัวนำสองตัว A และ B ทางแยกของตัวนำนั้นเรียกว่า junctions ดังที่แสดงในรูปในทางแยกร้อน T1 เทอร์โมพาวเวอร์มีทิศทางจากโลหะ B ไปเป็นโลหะ A A ในชุมทางเย็น T2 จากโลหะ A ถึงโลหะ B ทิศทางของเทอร์โมไฟฟ้าที่แสดงในรูปนั้นใช้ได้กับกรณีเมื่อเทอร์โมไฟฟ้าของโลหะเป็นบวก .

วิธีการตรวจสอบพลังงานความร้อนจากโลหะ

กำลังเทอร์โมอิเล็กทริกของโลหะถูกกำหนดด้วยความเคารพต่อทองคำขาว สำหรับเรื่องนี้เทอร์โมคัปเปิลหนึ่งในอิเล็กโทรดซึ่งก็คือแพลตตินัม (Pt) และอีกอันหนึ่งคือโลหะทดสอบถูกทำให้ร้อนถึง 100 องศาเซนติเกรด. ค่า millivolts ที่ได้รับสำหรับโลหะบางชนิดแสดงอยู่ด้านล่างยิ่งไปกว่านั้นมันควรจะตั้งข้อสังเกตว่าไม่เพียง แต่ขนาดของการเปลี่ยนแปลงของ thermopower แต่ยังเป็นสัญญาณของมันด้วยความเคารพต่อทองคำขาว

ในกรณีนี้แพลทินัมมีบทบาทเช่นเดียวกับ 0 องศาในระดับอุณหภูมิและขนาดทั้งหมดของค่าเทอร์โมพาวเวอร์เป็นดังนี้:

พลวง +4.7, เหล็ก +1.6, แคดเมียม +0.9, สังกะสี +0.75, ทองแดง +0.74, ทอง +7.73, เงิน +0.71, ดีบุก +0.41, อลูมิเนียม + 0.38, ปรอท 0, แพลทินัม 0

หลังจากแพลตตินัมเป็นโลหะที่มีกำลังเทอร์โมอิเล็กตริกเป็นลบ:

โคบอลต์ -1.54, นิกเกิล -1.64, ค่าคงที่ (โลหะผสมของทองแดงและนิกเกิล) -3.4, บิสมัท -6.5

การใช้เครื่องชั่งนี้ง่ายมากในการกำหนดค่าของพลังงานเทอร์โมอิเล็กทริกที่พัฒนาโดยเทอร์โมคับเปิลที่ประกอบด้วยโลหะหลายชนิด เมื่อต้องการทำเช่นนี้ก็เพียงพอที่จะคำนวณความแตกต่างพีชคณิตในค่าของโลหะที่ทำ thermoelectrodes

ตัวอย่างเช่นสำหรับคู่พลวง - บิสมัทค่านี้จะเป็น +4.7 - (- 6.5) = 11.2 mV หากใช้คู่เหล็ก - อลูมิเนียมเป็นขั้วไฟฟ้าค่านี้จะเป็นเพียง +1.6 - (+0.38) = 1.22 mV ซึ่งน้อยกว่าคู่แรกเกือบสิบเท่า

ถ้าทางแยกเย็นถูกเก็บรักษาไว้ที่อุณหภูมิคงที่เช่น 0 องศาจากนั้นเทอร์โมเพาเวอร์ของทางแยกร้อนจะเป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซึ่งใช้ในเทอร์โมคับเปิล

วิธีสร้างเครื่องควบคุมอุณหภูมิ

ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 มีความพยายามมากมายในการสร้าง เครื่องกำเนิดความร้อน - อุปกรณ์สำหรับสร้างพลังงานไฟฟ้านั่นคือเพื่อให้พลังงานแก่ผู้บริโภคที่หลากหลาย แหล่งที่มาดังกล่าวควรใช้แบตเตอรี่จากเทอร์โมคัปเปิลที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม การออกแบบของแบตเตอรี่ดังกล่าวแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 แบตเตอรี่ความร้อนวงจร

ครั้งแรก แบตเตอรี่เทอร์โมอิเล็กทริก สร้างขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 โดยนักฟิสิกส์ Oersted และ Fourier บิสมัทและพลวงถูกนำมาใช้เป็นเทอร์โมอิเล็กโทรโรต์ซึ่งเป็นโลหะบริสุทธิ์ชนิดเดียวกันที่มีกำลังเทอร์โมอิเล็กทริกสูงสุด junctions ร้อนได้รับความร้อนจากเตาก๊าซในขณะที่ junctions เย็นถูกวางไว้ในเรือที่มีน้ำแข็ง

ในการทดลองกับเทอร์โมอิเล็กตริกอิเล็กโทรไลต์ถูกประดิษฐ์ขึ้นในภายหลังเหมาะสำหรับใช้ในกระบวนการทางเทคโนโลยีบางอย่างและแม้กระทั่งสำหรับการให้แสง ตัวอย่างคือแบตเตอรี่ Clamone ซึ่งพัฒนาขึ้นในปี 1874 ซึ่งมีพลังงานเพียงพอสำหรับการใช้งานจริงเช่นสำหรับการชุบด้วยไฟฟ้ารวมถึงการใช้ในโรงพิมพ์และการฝึกอบรมการแกะสลักด้วยเฮลิคอปเตอร์ ในเวลาเดียวกันนักวิทยาศาสตร์Noéก็มีส่วนร่วมในการศึกษาของ thermopiles thermopiles ของเขาก็ค่อนข้างแพร่หลายในเวลา

แต่การทดลองทั้งหมดเหล่านี้ถึงแม้ว่าจะประสบความสำเร็จ แต่ก็ล้มเหลวเนื่องจากความร้อนที่เกิดขึ้นบนพื้นฐานของเทอร์โมคับเปิลที่ทำจากโลหะบริสุทธิ์มีประสิทธิภาพต่ำมากซึ่งขัดขวางการใช้งานจริง ควันโลหะบริสุทธิ์มีประสิทธิภาพเพียงไม่กี่สิบเปอร์เซ็นต์ของเปอร์เซ็นต์ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์มีประสิทธิภาพมากกว่า: บางออกไซด์ซัลไฟด์และสารประกอบระหว่างโลหะ

เซมิคอนดักเตอร์เทอร์โมคัปเปิล

การปฏิวัติที่แท้จริงในการสร้างเทอร์โมคับเปิลถูกสร้างขึ้นโดยผลงานของ Academician A.I โจฟ ในตอนต้นของยุค 30 ของศตวรรษที่ XX เขาหยิบยกแนวคิดที่ว่าการใช้เซมิคอนดักเตอร์เป็นไปได้ในการแปลงพลังงานความร้อนรวมถึงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า ต้องขอบคุณการวิจัยที่เกิดขึ้นในปี 2483 โฟโตเซลล์เซมิคอนดักเตอร์ถูกสร้างขึ้นเพื่อแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า

การใช้งานจริงครั้งแรก เทอร์โมคัปเปิล ควรได้รับการพิจารณาว่าเป็น“ คนขว้างลูกพรรค” ซึ่งทำให้สามารถจ่ายพลังงานให้กับสถานีวิทยุพกพาบางแห่งได้

พื้นฐานของ thermogenerator คือองค์ประกอบจาก constantan และ SbZn อุณหภูมิของรอยต่อเย็นถูกทำให้เสถียรด้วยน้ำเดือดในขณะที่รอยต่อร้อนถูกทำให้ร้อนด้วยเปลวไฟจากไฟไหม้ในขณะที่ความแตกต่างของอุณหภูมิอย่างน้อย 250 ... 300 องศา ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ดังกล่าวไม่เกิน 1.5 ... 2.0% แต่พลังในการขับเคลื่อนสถานีวิทยุนั้นค่อนข้างเพียงพอแน่นอนในช่วงเวลาสงครามการออกแบบของ "กะลา" เป็นความลับของรัฐและแม้กระทั่งตอนนี้การออกแบบของมันจะถูกกล่าวถึงในฟอรัมอินเทอร์เน็ตจำนวนมาก

เครื่องสร้างความร้อนในครัวเรือน

อุตสาหกรรมยุคโซเวียตเริ่มผลิตแล้ว เครื่องกำเนิดไฟฟ้าความร้อน TGK - 3. วัตถุประสงค์หลักของมันคือการจ่ายไฟให้กับวิทยุที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ในพื้นที่ชนบทที่ไม่มีไฟฟ้า กำลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือ 3 W ซึ่งทำให้สามารถรับพลังงานจากแบตเตอรี่เช่น Tula, Iskra, Tallinn B-2, Rodina 47, Rodina 52 และอื่น ๆ

การปรากฏตัวของเครื่องควบคุมอุณหภูมิ TGK-3 จะแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 เครื่องกำเนิดความร้อน TGK-3

การออกแบบเครื่องกำเนิดความร้อน

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วเครื่องกำเนิดความร้อนมีไว้สำหรับใช้ในพื้นที่ชนบทที่มีการใช้แสง ตะเกียงน้ำมันก๊าด "สายฟ้า". โคมไฟดังกล่าวซึ่งติดตั้งเครื่องกำเนิดความร้อนไม่เพียง แต่เป็นแหล่งกำเนิดของแสง แต่ยังผลิตกระแสไฟฟ้าด้วย

ในขณะเดียวกันก็ไม่จำเป็นต้องมีค่าใช้จ่ายเชื้อเพลิงเพิ่มเติมเพราะส่วนหนึ่งของน้ำมันก๊าดที่บินเข้าไปในท่อก็กลายเป็นไฟฟ้า ยิ่งไปกว่านั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบนี้ก็พร้อมสำหรับการทำงานอยู่เสมอการออกแบบของมันก็ไม่ได้มีอะไรที่จะเจาะเข้าไป เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถอยู่เฉยๆทำงานโดยไม่โหลดไม่กลัววงจรสั้น ชีวิตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบกับแบตเตอรี่กัลวานิก

บทบาทของท่อร่วมไอเสียของตะเกียงน้ำมันก๊าด“ ฟ้าผ่า” ถูกบรรเลงโดยส่วนที่เป็นทรงกระบอกยาวของกระจก เมื่อใช้หลอดไฟร่วมกับเครื่องกำเนิดความร้อนแก้วจะสั้นลงและใส่ชุดถ่ายเทความร้อนโลหะ 1 ลงไปดังแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4 หลอดน้ำมันก๊าดพร้อมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าความร้อน

ส่วนภายนอกของตัวส่งความร้อนอยู่ในรูปแบบของปริซึมหลายแง่มุมซึ่งติดตั้งเทอร์โมไฟล เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการถ่ายเทความร้อนเครื่องส่งสัญญาณความร้อนภายในมีช่องทางยาวหลายช่อง เมื่อผ่านช่องทางเหล่านี้ก๊าซร้อนก็เข้าสู่ท่อร่วมไอเสีย 3 พร้อมกันทำให้ความร้อนของเทอร์โมไพล์ได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น

หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยอากาศถูกนำมาใช้เพื่อทำให้เย็น junctions มันเป็นซี่โครงโลหะที่ติดอยู่กับพื้นผิวด้านนอกของบล็อกเทอร์โม

เครื่องควบคุมอุณหภูมิ - TGK3 ประกอบด้วยสองส่วนอิสระ หนึ่งในนั้นสร้างแรงดันไฟฟ้า 2V ที่กระแสโหลดสูงถึง 2A ส่วนนี้ใช้เพื่อให้ได้แรงดันแอโนดของหลอดโดยใช้ตัวแปลงสัญญาณการสั่นสะเทือน อีกส่วนหนึ่งที่มีแรงดันไฟฟ้า 1.2 V และกระแสโหลด 0.5 A ถูกใช้เพื่อเสริมกำลังไส้หลอดของหลอดไฟ

มันง่ายที่จะคำนวณว่าพลังของเครื่องกำเนิดความร้อนนี้ไม่เกิน 5 วัตต์ แต่ก็เพียงพอสำหรับเครื่องรับซึ่งทำให้มันเป็นไปได้ที่จะเพิ่มความสว่างในช่วงเย็นฤดูหนาวที่ยาวนาน แน่นอนตอนนี้ดูเหมือนว่าจะไร้สาระ แต่ในสมัยนั้นอุปกรณ์ดังกล่าวเป็นสิ่งมหัศจรรย์ของเทคโนโลยีอย่างไม่ต้องสงสัย

ในปีพ. ศ. 2377 ฌองชาร์ลส์อาตานาซพิลเทียร์ชาวฝรั่งเศสค้นพบเอฟเฟกต์ตรงข้ามกับเอฟเฟกต์ซีบิค ความหมายของการค้นพบคือในช่วงที่กระแสไหลผ่านทางแยกจากวัสดุที่แตกต่างกัน (โลหะ, โลหะผสม, เซมิคอนดักเตอร์) ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาหรือถูกดูดซับซึ่งขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสและชนิดของวัสดุ นี่คือรายละเอียดที่นี่: Peltier effect: เวทย์มนตร์ของกระแสไฟฟ้า