Термический диод - а какой может быть КПД?

[powerZ]

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 $Rth$ ?

[e2e4]

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).

[iig]

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

[powerZ]

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)

[Nessen7]

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.

[e2e4]

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".