Физико-математическая модель

Действие термоэлектрогенератора (ТЭГ) основано на использовании термоэлектрического эффекта.

Сущность этого эффекта заключается в том, что при нагревании спая двух разных металлов между их свободными концами, имеющими более низкую температуру, возникает разность потенциалов, или так называемая термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС). Если замкнуть такую термопару на внешнее сопротивление, то по цепи потечёт электрический ток. Таким образом происходит прямое преобразование тепловой энергии в электрическую.

Для примера возьмем кольцевой проводник, состоящий из двух металлов А и Б, и нагреем места их соединения до температуры Т1 и Т2 соответственно так, чтобы Т1 была больше, чем Т2. В горячем спае такой термопары ток идет из металла Б в металл А, а в холодном спае из металла А в металл Б. В таком случае принято считать термоэлектродвижущую силу металла А положительной по отношению к металлу Б (рис.3).

Рис. 3

Все известные металлы можно расположить в последовательный ряд так, чтобы любой предыдущий металл имел положительную термоэлектродвижущую силу относительно последующего.

Ниже приведены значения термоэлектродвижущей силы в милливольтах, развиваемой термопарой, в которой одним термоэлектродом служит указанный металл, а другим – платина, и разность температур спаев которой равна 100°С. Знаки «+» и «–», стоящие перед цифровыми данными термоэлектродвижущей силы, указывают полярность этой термо-ЭДС относительно платины.

Сурьма + 4,7
Железо +1,6
Кадмий + 0,9
Цинк + 0,7
Медь + 0,74
Золото + 0,73
Серебро + 0 71
Олово + 0,41
Алюминий + 0,38
Ртуть 0
Платина 0
Кобальт - 1, 52
Никель – 1,64
Константан – 3,4
(сплав меди
и никеля)
Висмут – 6,5
По приведенным выше данным легко подсчитать термоэлектродвижущую силу, развиваемую термопарой, составленной из любых указанных металлов. Она будет равна алгебраической разности термоэлектродвижущих сил двух термоэлектродов, для каждого из которых эта величина дается относительно платины.

Пример: термоэлектродвижущая сила пары висмут – сурьма составит +4,7- (– 6,5) = 11,2 мВ, а пары железо – алюминий +1,6 –– (+ 0,38) = 1,22 мВ.

Величина термо-ЭДС определяется приближенно по формуле:

E = a *(T1 – T2)/100

где E – термо-ЭДС в вольтах, T1 и T2 – температура нагретого и холодных концов спая термопары соответственно, a – коэффициент термо-ЭДС, зависящий от природы обоих металлов, образующих данную термопару, и выражающийся в микровольтах на градус.

На внешней нагрузке ТЭГ создает напряжение равное разности термо-ЭДС и падения напряжения на внутреннем сопротивлении элемента:

U=E-I*R

Где U- внешнее напряжение, I-сила тока в цепи, R- сопротивление в цепи.

Поиск по сайту: