مقدار عالی لوازم برقیانرژی الکتریکی را جذب می کند که باید دائما تجدید شود. در حالی که در جاده هستید، باید منابع جریان شیمیایی را با خود حمل کنید یا با استفاده از دستگاه های پیچیده و حجیم از انرژی مکانیکی برق تولید کنید.

نوع ژنراتور ترموالکتریک

حتی قبل از آن، Seebeck وقوع گرما-EMF را در مداری از رساناهای غیرمشابه در هنگام حفظ دماهای مختلف در نقطه تماس کشف کرد. بر اساس اثرات ترموالکتریک، یک عنصر یا ماژول به اصطلاح Peltier ایجاد شد که از 2 صفحه سرامیکی تشکیل شده است که یک بی متال بین آنها قرار دارد. هنگام درخواست از طریق آنها جریان الکتریسیتهیک طرف بشقاب گرم می شود و طرف دیگر خنک می شود و امکان ایجاد یخچال از آنها را فراهم می کند. شکل زیر ماژول ها را نشان می دهد اندازه های متفاوت، در فناوری استفاده می شود.

ماژول های Peltier در اندازه های مختلف

این فرآیند برگشت پذیر است: اگر اختلاف دما را در بین عناصر در هر دو طرف حفظ کنید، آنها یک جریان الکتریکی تولید می کنند که به دستگاه اجازه می دهد تا به عنوان یک ژنراتور ترموالکتریک برای تولید مقدار کمی الکتریسیته استفاده شود.

اثر پلتیه آزاد شدن گرما در نقطه تماس رساناهای غیرمشابه هنگام عبور جریان الکتریکی از آنها است.

اصل عملکرد ماژول ها

در تماس هادی های غیرمشابه، بسته به جهت جریان الکتریکی، گرما آزاد یا جذب می شود. جریان الکترون دارای انرژی پتانسیل و جنبشی است. چگالی جریان در هادی های تماسی یکسان است، اما چگالی شار انرژی متفاوت است.

اگر انرژی جریان یافته به تماس بیشتر از انرژی خارج شده از آن باشد، به این معنی است که الکترون ها در نقطه انتقال از یک منطقه به منطقه دیگر کند می شوند و شبکه کریستالی را گرم می کنند (میدان الکتریکی حرکت آنها را کند می کند). هنگامی که جهت جریان تغییر می کند، فرآیند معکوس شتاب الکترون رخ می دهد، زمانی که انرژی شبکه کریستالیبرداشته شده و سرد می شود (جهت های میدان الکتریکی و حرکت الکترون ها مطابقت دارند).

اختلاف انرژی بارها در مرز نیمه رساناها بالاترین میزان است و تأثیر در آنجا به شدت خود را نشان می دهد.

ماژول پلتیر

متداول ترین ماژول ترموالکتریک (TEM) است که نیمه هادی های نوع p و n از طریق هادی های مسی به یکدیگر متصل می شوند.

نمودار اصل عملکرد ماژول

در یک عنصر 4 انتقال بین فلز و نیمه هادی ها وجود دارد. در یک مدار بسته، جریان الکترون ها از قطب منفی باتری به سمت مثبت حرکت می کند و به طور متوالی از هر انتقال عبور می کند.

در نزدیکی اولین انتقال نیمه هادی از نوع مسی p، گرما در ناحیه نیمه هادی با حرکت الکترون ها به حالتی با انرژی کمتر آزاد می شود.

در نزدیکی مرز بعدی با فلز در نیمه هادی، گرما به دلیل "مکیدن" الکترون ها از ناحیه رسانایی p تحت تأثیر میدان الکتریکی جذب می شود.

در انتقال سوم، الکترون ها وارد نیمه هادی نوع n می شوند، جایی که انرژی بیشتری نسبت به فلز دارند. در این حالت انرژی جذب شده و نیمه هادی در نزدیکی مرز انتقال سرد می شود.

آخرین انتقال با فرآیند معکوس انتشار گرما در نیمه هادی n به دلیل انتقال الکترون ها به ناحیه ای با انرژی کمتر همراه است.

از آنجایی که انتقال گرمایش و سرمایش در سطوح مختلف است، عنصر Peltier از بالا سرد و از پایین گرم می شود.

در عمل، هر عنصر شامل تعداد زیادی ازانتقال گرمایش و سرمایش، که منجر به تشکیل یک تفاوت دما قابل توجه می شود، که امکان ایجاد یک ژنراتور ترموالکتریک را فراهم می کند.

ساختار ماژول چگونه به نظر می رسد؟

عنصر Peltier حاوی تعداد زیادی موازی هدی نیمه هادی نوع p و n است که به صورت سری با جامپرهای فلزی - کنتاکت های حرارتی متصل شده اند و طرف دیگر در تماس با صفحه سرامیکی است.

بیسموت تلورید و ژرمانید سیلیکون به عنوان نیمه رسانا استفاده می شود.

مزایا و معایب TEM

مزایای ماژول ترموالکتریک (TEM) عبارتند از:

• اندازه های کوچک؛
• قابلیت کارکرد هر دو کولر و بخاری؛
• برگشت پذیری فرآیند هنگام تغییر قطبیت، به شما امکان می دهد آن را حفظ کنید ارزش دقیقدرجه حرارت؛
• عدم وجود عناصر متحرک که معمولاً فرسوده می شوند.

معایب ماژول ها:

• راندمان پایین (2-3٪)؛
• نیاز به ایجاد منبعی که اختلاف دما را فراهم می کند.
• مصرف انرژی قابل توجه؛
• قیمت بالا

با وجود معایب، TEM ها در مواردی استفاده می شوند که هزینه های انرژی زیاد مهم نیست:

• خنک کننده تراشه ها، قطعات دوربین های دیجیتال، لیزرهای دیود، نوسانگرهای کوارتز، آشکارسازهای مادون قرمز؛
• استفاده از آبشارهای TEM برای دستیابی به دمای پایین؛
• ایجاد یخچال های جمع و جور، به عنوان مثال، برای اتومبیل؛
• ژنراتور ترموالکتریک برای شارژ دستگاه های تلفن همراه.

اگر بهره وری TEG کم است، توصیه می شود از آن در شرایط مزرعه استفاده کنید، جایی که لازم است برق برای شارژ به دست آورید. تلفن همراهیا لامپ ال ای دی. سادگی طراحی به شما امکان می دهد با دستان خود یک ژنراتور الکتریکی بسازید.

منابع جایگزین نیز هستند پنل های خورشیدییا یک مولد باد. اولی ها نیاز دارند شرایط خاص- دسترسی روشنایی خورشیدی، که ممکن است همیشه اینطور نباشد. منبع دیگر بزرگ است و نیاز به باد دارد. یکی دیگر از معایب وجود قطعات متحرک است که قابلیت اطمینان را کاهش داده و سنگین هستند.

ترموژنراتورهای صنعتی

BioLite توسعه یافته است مدل جدیدبرای پیاده روی، به شما این امکان را می دهد که غذا را در یک اجاق هیزمی فشرده و قابل حمل بپزید و در عین حال دستگاه تلفن همراه خود را از TEG داخلی شارژ کنید.

اجاق چوبی قابل حمل جمع و جور

این دستگاه در همه جا مفید خواهد بود: ماهیگیری، پیاده روی، در ویلا. هر چیزی که می سوزد می تواند به عنوان سوخت استفاده شود.

هنگامی که سوخت در کوره سوزانده می شود، گرما از طریق دیوار به ماژول منتقل می شود که برق تولید می کند. در ولتاژ 5 ولت، توان خروجی 2-4 وات است که برای شارژ بسیاری از انواع دستگاه های تلفن همراه و روشنایی LED کافی است. فلش قرمز جهت حرکت گرما را نشان می دهد، فلش آبی هوای سرد را به داخل کوره نشان می دهد، فلش زرد منبع برق را برای چرخاندن فن ورودی هوا و خروجی ژنراتور از طریق USB نشان می دهد.

طرح عملکرد BioLite TEG روی چوب

کوره ژنراتور Indigirka که توسط شرکت سنت پترزبورگ Kryotherm ساخته شده است دارای ویژگی های زیر است:

• قدرت حرارتی - 6 کیلو وات؛
• وزن - 56 کیلوگرم؛
• ابعاد - 500x530x650 میلی متر؛
• پست الکترونیک قدرت در ولتاژ 5 ولت - 60 وات.

اجاق گاز یک اجاق گرمایشی و پخت و پز معمولی است که در دو طرف آن ژنراتورهای ترموالکتریک وصل شده است.

کوره ژنراتور ترموالکتریک "ایندیگیرکا" چگونه است؟

دستگاه بسیار راحت است، اما قیمت قابل توجه است - 50 هزار روبل. اگرچه اجاق گاز برای شرایط کمپینگ طراحی شده است، اما به وضوح برای شکارچیان و ماهیگیران معمولی مقرون به صرفه نخواهد بود. به عنوان یک سیستم گرمایشی، بهتر از مدل های معمولی و ارزان تر نیست.

اگر یک TEG را به یک اجاق گاز ساده وصل کنید، دستگاه خانگی کاملاً کار می کند.

تگ DIY

برای مونتاژ یک ژنراتور ترموالکتریک با دستان خود، به عناصر زیر نیاز دارید:

1. مدول. برای تولید جریان الکتریکی، نمی توان از همه ماژول ها استفاده کرد، بلکه فقط آنهایی را که می توانند حرارت تا 300-400 0 درجه سانتیگراد را تحمل کنند. داشتن ذخیره گرمایش ضروری است، زیرا حتی با گرمای بیش از حد جزئی، المنت از کار می افتد. رایج ترین مدل ها از نوع TEC1-12712 به صورت صفحات مربعی با سایز ضلع 40، 50 یا 60 میلی متر می باشد.

اگر بگیرید حداکثر اندازه، استفاده از یک عنصر در طراحی DIY کافی است. 3 رقم اول علامت گذاری - 127 - به معنای تعداد عناصر موجود در 1 صفحه است. آخرین اعداد حداکثر جریان مجاز را نشان می دهد که 12 A است.

1. مبدل تقویت کننده به دست آوردن ولتاژ ثابت 5 ولت ضروری است. ژنراتور ممکن است ولتاژ کمتری تولید کند که باید افزایش یابد. این دستگاه ها خارجی (انواع 5 ولت NCP1402 و MAX 756) و داخلی (3.3 ولت / 5 ولت EK-1674) تولید می شوند. برای شارژ تلفن همراه خود باید دستگاهی با کانکتور USB انتخاب کنید.
2. بخاری. ساده ترین گزینه ها آتش، شمع، لامپ خانگی یا اجاق گاز مینیاتوری است.
3. خنک کننده. ساده ترین راه استفاده از آب یا در زمستان از برف است.
4. عناصر اتصال تجهیزاتی برای ایجاد حداکثر اختلاف دمای ممکن بین دو طرف صفحه مورد نیاز است. در اینجا انتخاب به عهده صنعتگران است. یک ماژول بین آنها قرار می گیرد و با خمیر حرارتی محکم می شود. 2 سیم به آن لحیم شده و به مبدل ولتاژ متصل می شود.

برای افزایش راندمان ژنراتور، پایین سطوح فلزیلیوان ها یا تابه هایی که با صفحه ژنراتور در تماس هستند باید صیقل داده شوند. علاوه بر این، درزگیر مقاوم در برابر حرارت به فضاهای بین کف لیوان های کوچکتر و بزرگتر اعمال می شود. سپس گرمای حاصل از گرمایش در محل ماژول متمرکز می شود.

سیم های بین ماژول و مبدل با عایق و درزگیر مقاوم در برابر حرارت محافظت می شوند.

آب در لیوان داخلی ریخته می شود و کل ساختار آتش می گیرد. بعد از چند دقیقه می توانید ولتاژ خروجی را با مولتی متر بررسی کنید.

برای اینکه خودتان یک ژنراتور ترموالکتریک را مونتاژ کنید، به مواد زیر نیاز دارید:

1. عنصر پلتیه"؛
2. محفظه ای از منبع تغذیه رایانه قدیمی برای ساخت یک مینی فایرباکس.
3. مبدل ولتاژ با خروجی USB به 5 ولت با ورودی 1-5 ولت؛
4. رادیاتور با خنک کننده پردازنده;
5. خمیر حرارتی.

هزینه ها در اینجا ناچیز است و دستگاه کاملاً قادر به شارژ است تلفن همراه. ژنراتور خود مونتاژ شده آنالوگ مدل خارجی BioLite است. اگر با دقت مونتاژ شود، دستگاه با اطمینان کار می کند برای مدت طولانی، زیرا اینجا چیزی برای شکستن وجود ندارد. فقط مهم است که عنصر Peltier بیش از حد گرم نشود، که می تواند باعث خرابی آن شود.

هنگام استفاده از کولر برای خنک کردن رادیاتور باید آن را به یک ژنراتور متصل کرد و پس از آن بخشی از انرژی تولید شده صرف خنک سازی می شود.

با وجود مصرف انرژی اضافی، راندمان نصب افزایش می یابد. اگر رادیاتور در حین کار بسیار داغ شود، لازم است اقداماتی برای خنک کردن آن انجام شود. در غیر این صورت بازده عملیاتی ژنراتور پایین خواهد بود.

مشخصات ژنراتور به شرح زیر است:

• ولتاژ خروجی - 5 ولت؛
• قدرت بار - 0.5 آمپر؛
• نوع خروجی - USB؛
• سوخت - هر.

این دستگاه به شرح زیر تولید می شود:

• منبع تغذیه را جدا کنید و کیس را ترک کنید.
• ماژول پلتیر را با خمیر حرارتی به رادیاتور بچسبانید. لازم است با سمت سرد جایی که علامت گذاری اعمال می شود چسب بزنید.
• قسمت بیرونی را تمیز و جلا دهید سطح جانبیمحفظه منبع تغذیه و عنصر را با طرف دیگر (همراه با رادیاتور) به آن بچسبانید.
• سیم ها را از ورودی مبدل ولتاژ به پایانه های صفحه لحیم کنید.

می توانید با قرار دادن شاخه های نازک در داخل جعبه آتش نشانی TEG را بررسی کنید. پس از چند دقیقه، می توانید گوشی خود را وصل کنید که برای شارژ مجدد نیاز به اختلاف دمای 100 درجه سانتیگراد بین دو طرف ماژول دارد. شکل زیر ژنراتور مونتاژ شده را نشان می دهد.

ژنراتور ترموالکتریک مونتاژ شده DIY

هنگام استفاده از TEG، رعایت قطبیت اتصال ماژول ها ضروری است.

ویدئو. ژنراتور ترموالکتریک

اثر پلتیه امکان ایجاد ژنراتورها و یخچال های کوچکی را فراهم می کند که بدون قطعات متحرک کار می کنند. بهبود کیفیت ماژول ها و کاهش مصرف انرژی دستگاه های تلفن همراه به شما امکان می دهد با دستان خود یک ژنراتور ترموالکتریک ایجاد کنید تا باتری ها را شارژ کرده و مقدار کمی انرژی را تامین کنید. دستگاه های مختلف، جایی که کارایی اهمیت خاصی ندارد.

همانطور که می دانید همه اجسام از مولکول تشکیل شده اند و این مولکول ها در حال سکون نیستند، بلکه دائما در حال حرکت هستند. هر چه دمای یک جسم بیشتر باشد، حرکت مولکول های ماده این جسم سریعتر است. هنگامی که جریان الکتریکی از یک هادی عبور می کند، الکترون ها با مولکول های متحرک رسانا برخورد می کنند و حرکت آنها را افزایش می دهند که منجر به گرم شدن هادی می شود.

در نتیجه تغییر شکل، دمای هادی افزایش می یابد انرژی الکتریکیبه حرارتی. قبلاً (به بند 13 مراجعه کنید) عبارتی برای کار جریان الکتریکی (انرژی الکتریکی) به دست آمد.

A = I 2 rt ژول.

این وابستگی در ابتدا (در سال 1841) در نتیجه آزمایشات فیزیکدان انگلیسی ژول و کمی بعد (در سال 1844) به طور مستقل توسط آکادمیک روسی لنز ایجاد شد.

برای اینکه مقدار انرژی حرارتی دریافتی به کالری بیان شود، لازم است علاوه بر این، ضریب 0.24 را وارد کنید، زیرا 1 J = 0.24 کالری است. سپس Q = 0.24I 2 rt. این معادله قانون ژول لنز را بیان می کند.

امیلیوس کریستیانوویچ لنز (1804-1865) قوانینی را وضع کرد عمل حرارتیجاری، آزمایش ها را تعمیم داد القای الکترومغناطیسی، این تعمیم را در قالب "قاعده لنز" ارائه می دهد. لنز در کار خود در مورد تئوری ماشین های الکتریکی، پدیده "واکنش آرماتور" را در ماشین های DC توصیف کرد و اصل برگشت پذیری ماشین های الکتریکی را اثبات کرد. لنز، با همکاری ژاکوبی، نیروی جاذبه آهنربای الکتریکی را مطالعه کرد و وابستگی گشتاور مغناطیسی به نیروی مغناطیسی را مشخص کرد.

بنابراین، مقدار گرمای تولید شده توسط جریان هنگام عبور از یک هادی به مقاومت r خود هادی، مجذور جریان I 2 و مدت زمان عبور آن t بستگی دارد.

مثال 1. تعیین کنید که یک جریان 6 A در هنگام عبور از هادی با مقاومت 2 اهم به مدت 3 دقیقه چه مقدار گرما ایجاد می کند.

Q = I 2 rt = 36 ⋅ 2 ⋅ 180 = 12960 J.

فرمول قانون ژول-لنز را می توان به صورت زیر نوشت.

تبدیل انرژی الکتریکی به گرمایش حرارتی یا الکتریکی چهار نوع اصلی دارد که بر اساس آنها کوره های برق صنعتی طبقه بندی می شوند. 1) گرمایش الکتریکی از طریق مقاومت؛ 2) گرمایش الکتریکی قوس الکتریکی؛ 3) گرمایش الکتریکی مخلوط؛ 4) گرمایش القایی.
گرمایش الکتریکی کوره های متالورژی در مقایسه با گرمایش در نتیجه احتراق سوخت کربن دار مزایای قابل توجهی دارد: توانایی به دست آوردن دماهای بسیار بالا تا 3000 درجه سانتیگراد یا بیشتر با غلظت مناطق با دمای بالا در مناطق خاصی از فضای کار. کوره ها؛ سهولت و روان بودن کنترل دما در فضای کار؛ تمیزی فضای کار و توانایی جلوگیری از آلودگی با خاکستر، گوگرد، گازها و ناخالصی های مختلف: از دست دادن کم فلزات با سرباره، گرد و غبار، گازها و دود. راندمان حرارتی بالا، رسیدن به 70-85٪؛ مقدار کمی گاز و گرد و غبار؛ امکان مکانیزاسیون و اتوماسیون پیچیده؛ فرهنگ و نظافت محل کار؛ توانایی استفاده از هر محیط گازو خلاء.
معایب گرمایش الکتریکی عبارتند از: مصرف بالای برق که به طور قابل توجهی بیش از مصرف در سایر بخش های اقتصاد ملی است و محدودیت های طراحی بهره وری و توان برای برخی از انواع کوره های الکتریکی. در آینده به دلیل افزایش ظرفیت و تعداد نیروگاه ها، کاهش هزینه برق و افزایش توان و بهره وری کوره های برقی، معایب ذکر شده اهمیت خود را از دست خواهند داد.
مجموع توان فعال یا وات تاسیسات کوره برقی سه فاز P با فرمول تعیین می شود

گرمایش الکتریکی از طریق مقاومت

گرمایش قوس الکتریکی

گرمایش الکتریکی مختلط

گرمایش الکتریکی القایی

سایت را به نشانک ها اضافه کنید

انرژی حرارتی چگونه به انرژی الکتریکی تبدیل می شود؟

تبدیل مستقیم انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی را می توان با استفاده از پدیده هایی در تماس دو فلز یا نیمه هادی انجام داد، جایی که نیروهای خارجی عمل می کنند، که انتشار ذرات باردار را تعیین می کند.

بزرگی اختلاف پتانسیل تماس نه تنها به خواص مواد در تماس بستگی دارد، بلکه به دمای تماس نیز بستگی دارد، زیرا انرژی الکترون‌های آزاد و غلظت آنها به دما مرتبط است.

با در نظر گرفتن مدار بسته دو تایی فلزات مختلف(شکل 1a)، می توانید مطمئن باشید که در دمای یکسان کنتاکت های 1 و 2، جریان الکتریکی در مدار جریان نخواهد داشت، زیرا تفاوت پتانسیل تماس با فرمول تعیین می شود.

U k = (A 1 – A 2) : e 0

در هر دو کنتاکت یکسان هستند، اما در جهت مخالف در طول مدار هدایت می شوند:

U k 1 - U k 2 = (A 1 – A 2) + (A 2 - A 1) : e 0 = 0

اگر یکی از کنتاکت ها، به عنوان مثال 1، گرم شود (t 1 > t 2)، تعادل مختل می شود - یک جهش بالقوه اضافی مرتبط با گرمایش در تماس 1 ظاهر می شود. در این مورد، U k1 > U K2. یک نیروی حرارتی (ترمو-emf) در مدار ایجاد می شود که مقدار مطلق آن متناسب با اختلاف دمای بین کنتاکت ها است:

E t = U Kl - U K2 = E 0 (t 1 - t 2) ,

که در آن E 0 مقدار بسته به خواص فلزات تشکیل دهنده تماس است.

تصویر 1. الف) مدار بسته از دو فلز مختلف، ب) مدار با دماسنج. d.s.

بنابراین، ترمو ای. d.s. در زنجیره ای متشکل از فلزات مختلف در دماهای مختلف در محل اتصال رخ می دهد.

ترمو ای. d.s. در مدار مورد بررسی به دلیل گرم شدن اتصال 1، یعنی در مصرف ثابت انرژی حرارتی، حفظ می شود. به نوبه خود ترمو ای. d.s. باعث ایجاد جریان الکتریکی می شود.

با این حال، غلظت الکترون‌های آزاد در فلزات زیاد است و در هنگام جابجایی از یک فلز به فلز دیگر بسیار کم تغییر می‌کند. از این نظر، اختلاف پتانسیل تماس ناچیز است و کمی به دما بستگی دارد. به همین دلیل، عناصر حرارتی فلزی دارای e بسیار پایینی هستند. d.s. (در محل اتصال پلاتین و آهن - 1.9 میلی ولت در اختلاف دما بین اتصالات گرم و سرد 100 درجه سانتیگراد)، و بازده آنها از 0.5٪ تجاوز نمی کند. از چنین عناصر حرارتی برای اندازه گیری دما (ترموکوپل) استفاده می شود.

برای انجام این کار، یک دماسنج به مدار ترموکوپل متصل می شود. d.s. - میلی ولت متر (شکل 1، 6). ترموکوپل در این حالت منبع انرژی الکتریکی است و دستگاه اندازه گیری گیرنده است.

علاوه بر تماس 1 بین فلزات اصلی ترموکوپل، تماس با سیم های اتصال تشکیل می شود (شکل 1 - 2، 3). این کنتاکت ها اختلاف پتانسیل تماسی هم دارند، اما ترمو ای را تغییر نمی دهند. d.s.، اگر دمای آنها یکسان باشد.

اگر تعداد دلخواه کنتاکت فلزات مختلف وجود داشته باشد، مجموع اختلاف پتانسیل تماس در یک مدار بسته برابر با صفر می ماند اگر همه کنتاکت ها دارای دمای یکسان باشند. می توانید با ایجاد یک معادله مشابه با بالا، این موضوع را تأیید کنید. صرف نظر از تعداد تماس ها، thermo-e. d.s. متناسب با اختلاف دما بین تماس گرمتر و سایر تماس ها در همان دما است.

شکل 2. n، p-نیمه هادی ها.

برخلاف فلزات، در نیمه هادی ها با افزایش دما، غلظت الکترون های آزاد و حفره ها به شدت افزایش می یابد. این خاصیت نیمه هادی ها به فرد اجازه می دهد که e حرارتی بالاتری به دست آورد. d.s. (حداکثر 1 میلی ولت در هر 1 درجه سانتیگراد اختلاف دما) و راندمان ترمو عناصر تا 7 درصد.

یک عنصر حرارتی نیمه هادی از دو نیمه هادی تشکیل شده است ( پو آردر شکل 2). یکی از آنها دارای رسانایی الکتریکی الکترونیکی و دیگری سوراخ است. هنگامی که نیمه هادی ها در نقطه ای که توسط یک صفحه فلزی به هم متصل می شوند گرم می شوند، غلظت حامل های بار آزاد به شدت افزایش می یابد. بنابراین، در نیمه هادی ها، انتشار از انتهای گرم به انتهای سرد رخ می دهد. در یک نیمه هادی رسانای الکترونیکی، الکترون ها به سمت انتهای سرد حرکت می کنند و باعث می شوند که انتهای آن بار منفی پیدا کند. در نیمه هادی دیگر، سوراخ ها به سمت انتهای سرد حرکت می کنند و بار مثبت ایجاد می کنند. اختلاف پتانسیل ایجاد شده با انتشار مقابله می کند و در یک مقدار معین تعادلی بین نیروهای میدان الکتریکی و نیروهای خارجی برقرار می شود که تحت تأثیر آن فرآیند انتشار حامل های بار رخ می دهد. این اختلاف پتانسیل حرارتی است. d.s. ترمو المنت نیمه هادی

اگر یک عنصر رسانا، به عنوان مثال، یک مقاومت، به انتهای سرد نیمه هادی ها متصل شود، یک مدار بسته تشکیل می شود و جریان الکتریکی در آن جریان می یابد.

روش های اساسی و روش های تبدیل انرژی الکتریکی به گرمابه شرح زیر طبقه بندی می شود. بین گرمایش الکتریکی مستقیم و غیرمستقیم تفاوت قائل می شود.

در گرمایش الکتریکی مستقیمتبدیل انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی در نتیجه عبور جریان الکتریکی به طور مستقیم از یک جسم یا محیط گرم شده (فلز، آب، شیر، خاک و غیره) اتفاق می افتد. در گرمایش الکتریکی غیر مستقیمجریان الکتریکی از طریق یک دستگاه گرمایش ویژه (عنصر گرمایشی) می گذرد که از آن گرما از طریق هدایت گرمایی، همرفت یا تابش به بدن یا محیط گرم منتقل می شود.

انواع مختلفی از تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی وجود دارد که تعیین می کند روش های گرمایش الکتریکی

جریان الکتریکی از طریق جامدات رسانای الکتریکی یا محیط مایع با آزاد شدن گرما همراه است. طبق قانون ژول-لنز، مقدار گرما Q=I 2 Rt است، که در آن Q مقدار گرما، J است. من - silatok، A; R - مقاومت بدنه یا متوسط، اهم؛ t - زمان جریان فعلی، s.

گرمایش مقاومتی را می توان با روش های تماسی و الکترودی انجام داد.

روش تماسبرای گرم کردن فلزات هم بر اساس اصل گرمایش الکتریکی مستقیم، به عنوان مثال در دستگاه های جوشکاری تماس الکتریکی و هم با اصل گرمایش الکتریکی غیر مستقیم - در عناصر گرمایش استفاده می شود.

روش الکترودبرای گرم کردن مواد رسانای غیرفلزی و رسانه ها استفاده می شود: آب، شیر، خوراک آبدار، خاک، و غیره.

جریان الکتریکی که از مواد بین الکترودها عبور می کند، آن را گرم می کند. آب معمولی (غیر مقطر) جریان الکتریکی را هدایت می کند، زیرا همیشه حاوی مقدار معینی نمک، قلیایی یا اسید است که به یون هایی که حامل بارهای الکتریکی هستند، یعنی جریان الکتریکی، تجزیه می شوند. ماهیت هدایت الکتریکی شیر و سایر مایعات، خاک، خوراک ساکولنت و غیره مشابه است.

گرمایش مستقیم الکترود فقط با جریان متناوب انجام می شود، زیرا جریان مستقیم باعث الکترولیز ماده گرم شده و خراب شدن آن می شود.

گرمایش با مقاومت الکتریکی به دلیل سادگی، قابلیت اطمینان، تطبیق پذیری و هزینه کم دستگاه های گرمایشی کاربرد گسترده ای در تولید پیدا کرده است.

گرمایش قوس الکتریکی

در یک قوس الکتریکی که بین دو الکترود در یک محیط گازی رخ می دهد، انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی تبدیل می شود.

برای شروع قوس، الکترودهای متصل به منبع برق برای مدت کوتاهی در تماس هستند و سپس به آرامی از هم جدا می شوند. مقاومت تماس در لحظه پخش الکترودها به شدت توسط جریان عبوری از آن گرم می شود. الکترون های آزاد که دائماً در فلز حرکت می کنند، حرکت خود را با افزایش دما در نقطه تماس الکترودها تسریع می کنند.

با افزایش دما، سرعت الکترون های آزاد به قدری افزایش می یابد که از فلز الکترودها جدا شده و به هوا پرواز می کنند. با حرکت آنها با مولکول های هوا برخورد می کنند و آنها را به یون های دارای بار مثبت و منفی تقسیم می کنند. فضای هوایی بین الکترودها یونیزه می شود که رسانای الکتریکی می شود.

تحت تأثیر ولتاژ منبع، یون های مثبت به سمت قطب منفی (کاتد) می روند و یون های منفی- به قطب مثبت (آند)، در نتیجه ترشح طولانی مدت تشکیل می شود - قوس الکتریکیهمراه با انتشار گرما دمای قوس در قسمت‌های مختلف آن یکسان نیست و برای الکترودهای فلزی: در کاتد - حدود 2400 درجه سانتیگراد، در آند - حدود 2600 درجه سانتیگراد، در مرکز قوس - حدود 6000 - 7000 درجه سانتیگراد است. .

گرمایش قوس الکتریکی مستقیم و غیر مستقیم وجود دارد.مبانی استفاده عملیگرمایش قوس الکتریکی مستقیم را در تاسیسات جوشکاری قوس الکتریکی پیدا می کند. در تاسیسات گرمایش غیر مستقیمقوس به عنوان منبع قدرتمند پرتوهای مادون قرمز استفاده می شود.

اگر یک قطعه فلز در یک میدان مغناطیسی متناوب قرار گیرد، متغیر e در آن القا می شود. d.s که تحت تأثیر آن جریان های گردابی در فلز ایجاد می شود. عبور این جریان ها در فلز باعث گرم شدن آن می شود. این روش حرارت دادن فلز را القایی می نامند. دستگاه برخی بخاری های القاییبر اساس استفاده از پدیده اثر سطحی و اثر مجاورتی.

برای گرمایش القایی از جریان های صنعتی (50 هرتز) و فرکانس بالا (8-10 کیلوهرتز، 70-500 کیلوهرتز) استفاده می شود. گرمایش القایی بدنه های فلزی (قطعات، قطعات کار) بیشترین کاربرد را در مهندسی مکانیک و تعمیر تجهیزات و همچنین برای سخت کاری دارد. قطعات فلزی. روش القاییهمچنین برای گرم کردن آب، خاک، بتن و پاستوریزاسیون شیر قابل استفاده است.

گرمایش دی الکتریک

ماهیت فیزیکی گرمایش دی الکتریک به شرح زیر است. در جامدات و مایعات با رسانایی الکتریکی ضعیف (دی الکتریک) که در یک میدان الکتریکی به سرعت متغیر قرار می گیرند، انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی تبدیل می شود.

هر دی الکتریک حاوی بارهای الکتریکی است که توسط نیروهای بین مولکولی به هم متصل می شوند. این بارها در مقابل بارهای آزاد در مواد رسانا محدود نامیده می شوند. تحت تأثیر یک میدان الکتریکی، بارهای محدود در جهت میدان جهت یا جابجا می شوند. جابجایی بارهای محدود تحت تأثیر میدان الکتریکی خارجی را پلاریزاسیون می گویند.

در متغیر میدان الکتریکیحرکت مداوم بارها و در نتیجه مولکول های مرتبط با آنها توسط نیروهای بین مولکولی وجود دارد. انرژی صرف شده توسط منبع برای قطبی کردن مولکول های مواد نارسانا به صورت گرما آزاد می شود. برخی از مواد نارسانا حاوی مقدار کمی بارهای آزاد هستند که تحت تأثیر میدان الکتریکی جریان رسانایی کمی ایجاد می کنند که به آزاد شدن گرمای اضافی در مواد کمک می کند.

در حین گرمایش دی الکتریک، ماده ای که قرار است گرم شود بین الکترودهای فلزی - صفحات خازن قرار می گیرد، که ولتاژ فرکانس بالا (0.5 - 20 مگاهرتز و بالاتر) از یک ژنراتور فرکانس بالا ویژه تامین می شود. نصب برای گرمایش دی الکتریک شامل یک ژنراتور لامپ فرکانس بالا، یک ترانسفورماتور قدرت و یک دستگاه خشک کن با الکترود است.

گرمایش دی الکتریک با فرکانس بالا یک روش گرمایشی امیدوارکننده است و عمدتاً برای خشک کردن و عملیات حرارتی چوب، کاغذ، غذا و خوراک (خشک کردن غلات، سبزیجات و میوه‌ها)، پاستوریزه کردن و استریل کردن شیر و غیره استفاده می‌شود.

گرمایش پرتوی الکترونی (الکترونیکی).

هنگامی که یک جریان الکترون (پرتو الکترونی) که در یک میدان الکتریکی شتاب می گیرد، با یک جسم گرم برخورد می کند، انرژی الکتریکی به انرژی گرمایی تبدیل می شود. یکی از ویژگی های گرمایش الکترونیکی تراکم انرژی بالای آن است که به میزان 5x10 8 kW/cm2 است که چندین هزار برابر بیشتر از گرمایش قوس الکتریکی است. گرمایش الکترونیکی در صنعت برای جوشکاری بسیار استفاده می شود قطعات کوچکو ذوب فلزات فوق خالص.

علاوه بر روش های در نظر گرفته شده گرمایش الکتریکی، در تولید و زندگی روزمره نیز استفاده می شود. گرمایش مادون قرمز (تابش).