2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 Термический диод - а какой может быть КПД?
Сообщение14.12.2010, 08:10 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


10/10/07
715
Южная Корея
Попалась на глаза такая вот старая заметка:

интернет в 2002 году писал(а):
Питер Хагельштайн и Ян Кучеров из Массачусетского технологического института (США) разработали миниатюрное устройство, предназначенное для переработки тепловой энергии в электрическую.
Известно, что при определенных условиях тепло наделяет электроны кинетической энергей, достаточной для возникновения слабых токов.
На этом принципе работают так называемые термические диоды - устройства, состоящие из двух вакуумных трубок и двух электродов. Однако их очень сложно использовать, хотя бы потому что они требуют очень высоких температур (около 1000 градусов Цельсия) и имеют довольно большие размеры: попытки поместить вакуумную прослойку между слоями микрочипа оказались безрезультатными.
Хагельштайну и Кучерову идеей удалось создать "термочип" с рабочей температурой в 200 °Цельсия: они заменили вакуум насыщенным электронами слоем из обладающим особыми свойствами полупроводника - антимонида индия. Теперь исследователи пытаются заставить устройство работать при еще более низких температурах.
По мнению разработчиков, усовершенствованный термический диод позволит подзарядить бортовую электронику автомобиля за счет тепла двигателя, привести в состояние "боевой готовности" аккумуляторы ноутбука, подпитавшись от греющегося процессора, или же просто стать солнечной электростанцией, которую можно поместить на крыше своего дома.


К сожалению, не знаю как ознакомиться с темой более подробно, и узнать как сейчас обстоят дела, но я так понял, авторы предполагают практическое использование этого эффекта. В связи с этим возник вопрос - а какой в принципе КПД можно выжать? Думаю вопрос лежит в области термодинамики, поэтому прошу ответить физиков. Простейшая модель для рассуждений видимо может быть такой:

Мощность, рассеиваемая на теплоотводящей поверхности, связяна с разностью температур этой поверхности $T_s$ (surface) и температурой окружающей среды $T_e$ (environment)

$P_t=\frac{T_s-T_e}{Rth}$

Эта мощность задана. Вопрос в том, как определить (или хотя бы оценить) электрическую мощность, снимаемую с этого устройства.

$P_e=?$

Соответственно КПД, видимо, можно определить так:

$Eff=\frac{P_e}{P_t} < 1$

он, очевидно, меньше единицы, но вот на сколько?

Будет ли ток, снимаемый с термического диода, охлаждать нагретую поверхность и, соответственно, влиять на тепловое сопротивление $Rth$ ?

 Профиль  
                  
 
 Re: Термический диод - а какой может быть КПД?
Сообщение14.12.2010, 18:38 


21/03/06
1545
Москва
Цитата:
Хагельштайну и Кучерову идеей удалось создать "термочип" с рабочей температурой в 200 °Цельсия: они заменили вакуум насыщенным электронами слоем из обладающим особыми свойствами полупроводника - антимонида индия.

Подозрительно напоминает элемент Пельтье. В любом случае для оценки КПД подобных устройств, нелишне начать изучение именно эффекта Пельтье (и обратного ему эффекта Зеебека) - в инете есть хорошие сканы книг (находятся легко через гугль) с подробным объяснением, почему в таких устройствах принципиально недостижимы высокие КПД (на уровне нескольких %% сейчас если не ошибаюсь).

 Профиль  
                  
 
 Re: Термический диод - а какой может быть КПД?
Сообщение15.12.2010, 02:28 
Заблокирован
Аватара пользователя


03/05/09

288
Gomel BY
Это устройство не нарушает второе начало термодинамики, поэтому, даже если будет работать больше, чем по Карно, не выдаст.

 Профиль  
                  
 
 Re: Термический диод - а какой может быть КПД?
Сообщение15.12.2010, 04:03 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


10/10/07
715
Южная Корея
e2e4 в сообщении #387460 писал(а):
в инете есть хорошие сканы книг (находятся легко через гугль) с подробным объяснением, почему в таких устройствах принципиально недостижимы высокие КПД (на уровне нескольких %% сейчас если не ошибаюсь).


Какие именно книги вы имеете в виду? Там описывается подход к анализу элемента Пельтье с т.з. термодинамики?

iig в сообщении #387627 писал(а):
Это устройство не нарушает второе начало термодинамики, поэтому, даже если будет работать больше, чем по Карно, не выдаст.


То есть оценка сверху для 200 градусного элемента может быть сделана как

$1-\frac{273+25}{273+200}=0.37$

37% ? И если они ещё понизят температуру, то КПД будет еще ниже?
(25 - это температура окружающей среды)

 Профиль  
                  
 
 Re: Термический диод - а какой может быть КПД?
Сообщение15.12.2010, 05:36 


03/11/10
147
Для возникновения высокого КПД, желательна высокая температура, а не низкая.Все такие устройства подчиняются закону Карно.
Цитата:
На этом принципе работают так называемые термические диоды - устройства, состоящие из двух вакуумных трубок и двух электродов.

О ``термических диодах`` такого рода пока не было слышно.Если имеется в виду термионный генератор, то их недостаток - невысокий КПД.

 Профиль  
                  
 
 Re: Термический диод - а какой может быть КПД?
Сообщение15.12.2010, 08:54 


21/03/06
1545
Москва
Цитата:
Какие именно книги вы имеете в виду? Там описывается подход к анализу элемента Пельтье с т.з. термодинамики?

Извините, сейчас не вспомню - давно это было. Помню только, что есть старая советская книга, очень подробно рассматривающая вопрос, и находится в инете легко.

На второй Ваш вопрос ответ - "нет".

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 6 ] 

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group