Два бруска сделанные из разных металлов приводят в тепловой контакт

Обновлено: 18.05.2024

1) Задача. Четыре бруска одинаковой массы изготовлены из алюминия (молярная масса 27 г/моль), золота (молярная масса 197 г/моль), свинца (молярная масса 207 г/моль) и цинка (молярная масса 65 г/моль). Наибольшее число атомов содержится в бруске из

1) алюминия, 2) золота, 3) свинца, 4) цинка.

Решение: Молярная масса указывает на массу атома. Чем меньше молярная масса, тем легче атом. Значит, тем большее количество атомов будет содержаться.

2) Задача. Двое учеников прочитали в учебнике про эксперименты Ж. Перрена по наблюдению броуновского движения частиц в жидкости. На следующий день, отвечая на уроке, первый ученик сказал, что интенсивность броуновского движения зависит от времени, а второй ученик сказал, что интенсивность броуновского движения возрастает с увеличением температуры жидкости. После этого учитель заключил, что

1) правильно ответил только первый ученик ,

2) правильно ответил только второй ученик ,

3) правильно ответили оба ученика ,

4) оба ученика ответили неправильно .

3) Задача. Какое из описанных ниже движений частицы можно считать броуновским?

1) движение пылинки вместе с потоком воздуха,

2) движение частиц сажи в вертикально поднимающемся столбе дыма,

3) движение мелких спор ликоподия в капле воды,

4) все три описанных движения.

4) Задача. По какой причине наблюдается броуновское движение мелких пылинок в жидкости?

1) Молекулы жидкости при хаотическом тепловом движении сталкиваются с пылинками и беспорядочно толкают их, сообщая им импульс;

2) В жидкости существуют упорядоченные потоки, которые и заставляют пылинки двигаться;

3) Пылинки изначально обладают собственным импульсом, который и наблюдается в опытах;

4) Броуновское движение обусловлено всеми перечисленными причинами.

5) Задача. В двух закрытых сосудах находятся по одному молю идеальных газов: в первом сосуде - водород, во втором сосуде - гелий. Среднеквадратичная скорость теплового движения молекул водорода 1500 м/с, атомов гелия - 750 м/с. Абсолютная температура гелия

1) в 2 раза больше, чем температура водорода ;

2) в 2 раза меньше, чем температура водорода ;

3) в 4 раза больше, чем температура водорода ;

4) равна температуре водорода .

Решение. Внутренняя энергия газа – сумма кинетических энергий движений молекул. Среднеквадратичная скорость теплового движения молекул водорода в два раза больше чем атомов гелия. Следовательно, и кинетическая энергия движения молекул водорода в два раза больше кинетической энергии движения атомов гелия. Соответственно, и внутренняя энергия, также и температура у водорода будут в два раза выше, чем у гелия.

6) Задача. Дима и Лена схематически изобразили на доске сосуд, в котором находится идеальный газ.

Отвечающим модели идеального газа можно признать рисунок, сделанный

А) Димой, Б) Леной

1) только А, 2) только Б, 3) и А, и Б, 4) ни А, ни Б .

Задача №9.(Работа в термодинамике, первый закон термодинамики, КПД тепловой машины).

1) Задача. В процессе, изображенном на pV–диаграмме, температура некоторой массы идеального газа

1) все время убывает , 2) все время возрастает , 3) все время остается неизменной , 4) может как убывать, так и возрастать .

Решение:

2) Задача. В каком из изображенных на pV–диаграмме процессов температура идеального газа возрастает?

1) 1à2 , 2) 1à3 , 3) 1à4 ,

4) во всех трех процессах .

3) Задача. Два различных идеальных газа в количестве 1 моль каждый находятся в двух разных закрытых сосудах. В таблице приведены

давления этих газов и занимаемые ими объемы.

Из таблицы следует, что

1) температура газа 1 больше температуры газа 2 ,

2) температура газа 1 меньше температуры газа 2 ,

3) температуры газа 1 и газа 2 одинаковы ,

4) нельзя сделать вывод о соотношении температур газа 1 и газа 2 .

4) Задача. Закрытый цилиндрический сосуд разделён на две части подвижным поршнем массой 1 кг, который может двигаться без трения. В первой части находится 5 молей идеального газа, во второй 15 молей этого же газа. Температуры газов в обеих частях сосуда одинаковы. Поршень находится в равновесии. На каком из приведённых рисунков правильно показано расположение этого сосуда с газом?

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

Решение: В горизонтальном расположении газ в сосуде будет иметь состояние динамического равновесия: Значит, объем газа в первой части будет в три раза меньше объема газа во второй части сосуда.

5) Задача. На графиках представлены зависимости концентрации n и температуры Т идеального газа от времени t .

Из этих зависимостей следует, что давление газа с течением времени

1) увеличивалось 2) уменьшалось 3) не изменялось 4) сначала увеличивалось, а потом уменьшалось.

Ответ: 2.

6) Задача. На рисунке изображён циклический процесс для идеального р газа. Изохорическому нагреванию газа соответствует участок

1) 1-2 2) 2-3 3) 3-4 4) 4-1

7) Задача. Первому телу сообщили количество теплоты 1 кДж, а второму - 2 кДж. Массы тел одинаковы. В результате температура первого тела повысилась на 100 К, а второго - повысилась на 50 К. Можно утверждать, что удельная теплоёмкость у вещества первого тела

1) больше, чем у вещества второго тела ,

2) меньше, чем у вещества второго тела ,

3) такая же, как у вещества второго тела ,

4) не может быть соотнесена с удельной теплоёмкостью вещества второго тела .

Задача №10.(Относительная влажность воздуха, количество теплоты).

1) Задача. На рисунке изображены: пунктирной линией – график зависимости давления p насыщенных паров воды от температуры T, и сплошной линией – процесс 1–2 изменения парциального давления паров воды. По мере такого изменения парциального давления паров воды абсолютная влажность воздуха:

3) не изменяется.

4) может как увеличиваться, так и уменьшаться.

Решение: m– масса водяного пара в объеме V влажного воздуха. При неизменной температуры давление в процессе 1-2 падает. Соответственно объем V увеличивается. Значит и парциального давления паров воды уменьшится.

2) Задача. Два бруска, сделанные из разных металлов, приводят в тепловой контакт. После установления теплового равновесия у этих брусков будут одинаковыми

1) внутренние энергии,

2) среднеквадратичные скорости молекул,

4) все три вышеуказанные характеристики.

Решение: Тепловое равновесие установится тогда, когда температуры тел будут одинаковыми, то есть, когда прекратится теплопередача. Внутренняя энергия тела и среднеквадратичная скорость молекул имеют прямо пропорциональную связь. И нет прямой связи с температурой тела.

3) Задача. На pV–диаграмме изображен циклический процесс 1 2 3 4 1, совершаемый над идеальным газом. На участке 1–2 газ обменивается с окружающими телами количеством теплоты 1245 Дж, а на участке 2–3 – количеством теплоты 2075 Дж. Чему равен КПД этого циклического процесса, если газ за один цикл совершает работу 207,5 Дж?

1) 16,7% 2) 10% 3) 6,25% 4) 25%

4) Задача. Порции идеального газа сообщили некоторое количество теплоты. При этом газ совершил положительную работу. В результате внутренняя энергия порции газа

3) не изменилась

4) могла и увеличится, и уменьшиться, и остаться неизменной

5) Задача. КПД идеальной тепловой машины зависит

1) от температуры холодильника, температуры нагревателя и рода рабочего тела

Методика подготовки к решению задач по физике

Решение задач базового уровня по теме Молекулярная физика. Термодинамика

1. Связь между давлением и средней кинетической энергией, абсолютная температура, связь температуры со средней кинетической энергией, уравнение Менделеева - Клапейрона, изопроцессы

1) Задача. Четыре бруска одинаковой массы изготовлены из алюминия (молярная масса 27 г/моль), золота (молярная масса 197 г/моль), свинца (молярная масса 207 г/моль) и цинка (молярная масса 65 г/моль). Наибольшее число атомов содержится в бруске из:
1) алюминия; 2) золота; 3) свинца; 4) цинка.

Решение: Молярная масса указывает на массу атома. Чем меньше молярная масса, тем легче атом. Значит, тем большее количество атомов будет содержаться. Ответ: 1.

2) Задача. Двое учеников прочитали в учебнике про эксперименты Ж.Перрена по наблюдению броуновского движения частиц в жидкости. На следующий день, отвечая на уроке, первый ученик сказал, что интенсивность броуновского движения зависит от времени, а второй ученик сказал, что интенсивность броуновского движения возрастает с увеличением температуры жидкости. После этого учитель заключил, что:
1) правильно ответил только первый ученик;
2) правильно ответил только второй ученик;
3) правильно ответили оба ученика;
4) оба ученика ответили неправильно.

Решение: Прав был только второй ученик. Интенсивность броуновского движения не может зависеть от времени, если макросостояние системы не изменяется. Если бы это наблюдалось на эксперименте, это означало бы, что характер взаимодействия молекул вещества меняется со временем, но это, к счастью, не так. А вот от температуры, интенсивность броуновского движения действительно зависит. Чем больше температура, тем быстрее двигаются молекулы жидкости (или газа), в которой находится броуновская частица, тем интенсивнее они передают частице импульс и энергию при столкновениях. Ответ: 2.

3) Задача. Какое из описанных ниже движений частицы можно считать броуновским?
1) беспорядочное движение цветочной пыльцы в капельке воды;
2) беспорядочное движение мошек под фонарём;
3) растворение твёрдых веществ в жидкостях;
4) проникновение питательных веществ из почвы в корни растений.

Решение: Броуновское движение - это беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием толчков со стороны молекул окружающей среды. Малыми частицами являются частички пыли цветов, их средой - капелька воды. Ответ: 1.

4) Задача. Броуновское движение частиц пыльцы в воде объясняется:
1) хаотичностью химических реакций на поверхности частиц;
2) непрерывностью и хаотичностью теплового движения молекул воды;
3) существованием сил притяжения и отталкивания между атомами в молекулах;
4) наличием питательных веществ в воде.

Решение: Броуновское движение происходит из-за того, что все жидкости и газы состоят из атомов или молекул - мельчайших частиц, которые находятся в постоянном хаотическом тепловом движении, и потому непрерывно толкают броуновскую частицу с разных сторон. Ответ: 2.

5) Задача. В двух закрытых сосудах находятся по одному молю идеальных газов: в первом сосуде - водород, во втором сосуде - гелий. Среднеквадратичная скорость теплового движения молекул водорода 1500 м/с, атомов гелия - 750 м/с. Абсолютная температура гелия:
1) в 2 раза больше, чем температура водорода;
2) в 2 раза меньше, чем температура водорода;
3) в 4 раза больше, чем температура водорода;
4) равна температуре водорода.

Решение: Внутренняя энергия газа - сумма кинетических энергий движений молекул. Среднеквадратичная скорость теплового движения молекул водорода в два раза больше чем атомов гелия. Следовательно, и кинетическая энергия движения молекул водорода в два раза больше кинетической энергии движения атомов гелия. Соответственно, и внутренняя энергия, также и температура у водорода будут в два раза выше, чем у гелия. Ответ: 2.

6) Задача. Дима и Лена схематически изобразили на доске сосуд, в котором находится идеальный газ.

Отвечающим модели идеального газа можно признать рисунок, сделанный А) Димой, Б) Леной:
1) только А; 2) только Б; 3) и А, и Б; 4) ни А, ни Б.

Решение: Идеальный газ - это модель газа, в которой предполагается, что:
1) потенциальной энергией взаимодействия молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией;
2) суммарный объём молекул газа пренебрежимо мал;
3) между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги.
Насколько можно судить из картинок, представленных в условии, рисунок Лены явно не соответствует модели идеального газа, поскольку молекулы располагаются очень плотно и занимают большую часть сосуда. Рисунок Димы больше соответствует правде. Его можно признать отвечающим модели идеального газа. Ответ: 1.

7) Задача. В процессе, изображенном на рV-диаграмме, температура некоторой массы идеального газа:

1) все время убывает;
2) все время возрастает;
3) все время остается неизменной;
4) может как убывать, так и возрастать.

Решение: . При уменьшении давления и увеличении объёма газа температура может как падать, так и расти. Ответ: 4.

8) Задача. В каком из изображенных на рV-диаграмме процессов температура идеального газа возрастает?

1) 1→2; 2) 1→3; 3)1→4; 4) во всех трёх процессах.

Решение: . В первом процессе температура падает. Во втором процессе температура падает. В третьем процессе температура возрастает пропорционально увеличению давлению. Ответ: 3.

9) Задача. Два различных идеальных газа в количестве 1 моль каждый находятся в двух разных закрытых сосудах. В таблице приведены давления этих газов и занимаемые ими объёмы.

Из таблицы следует, что:
1) температура газа 1 больше температуры газа 2;
2) температура газа 1 меньше температуры газа 2;
3) температуры газа 1 и газа 2 одинаковы;
4) нельзя сделать вывод о соотношении температур газа 1 и газа 2. Ответ: 2.

10) Задача. Закрытый цилиндрический сосуд разделён на две части подвижным поршнем массой 1 кг, который может двигаться без трения. В первой части находится 5 моль идеального газа, во второй 15 моль этого же газа. Температуры газов в обеих частях сосуда одинаковы. Поршень находится в равновесии. На каком из приведённых рисунков правильно показано расположение этого сосуда с газом?

Решение: в горизонтальном расположении газ в сосуде будет иметь состояние динамического равновесия: . Здесь Р₁ = Р₂, Т₁ = Т₂. Значит, объём газа в первой части будет в три раза меньше объёма газа во второй части сосуда. Ответ: 3.

11) Задача. На графиках представлены зависимости концентрации п и температуры Т идеального газа от времени t.

Из этих зависимостей следует, что давление газа с течением времени:
1) увеличивалось;
2) уменьшалось;
3) не изменялось;
4) сначала увеличивалось, а потом уменьшалось

Решение: Давление идеального газа связано связано с его концентрацией и температурой соотношением р=пкТ. Из приведённых графиков видно, что и температура, и концентрация газа уменьшались со временем. А значит, давление идеального газа также уменьшалось. Ответ: 2.

12) Задача. На рисунке изображён циклический процесс для идеального газа.

Изохорическому нагреванию газа соответствует участок:
1) 1-2; 2) 2-3; 3) 3-4; 4) 4-1.

Решение: При изохорическом процессе, согласно закону Шарля, величина остаётся постоянной. На диаграмме р - Т такие процессы изображаются прямыми линиями, продолжения которых проходят через начало координат. Таким образом, изохорическому нагреванию соответствует процесс 1-2. Ответ: 1.

1. Связь между давлением и средней кинетической энергией, абсолютная температура, связь температуры со средней кинетической энергией, уравнение Менделеева - Клапейрона, изопроцессы

2. Количество теплоты. Работа в термодинамике, первый закон термодинамики, КПД тепловой машины

1) Задача. Первому телу сообщили количество теплоты 1 кДж, а второму - 2 кДж. Массы тел одинаковы. В результате температура первого тела повысилась на 100 К, а второго - повысилась на 50 К. Можно утверждать, что удельная теплоёмкость у вещества первого тела:
1) больше, чем у вещества второго тела;
2) меньше, чем у вещества второго тела;
3) такая же, как у вещества второго тела;
4) не может быть соотнесена с удельной теплоёмкостью вещества второго тела

Решение: . Подставляем известные значения величины и видим, что верным является второе утверждение.

2) Задача. Два бруска, сделанные из разных металлов, приводят в тепловой контакт. После установления теплового равновесия у этих брусков будут одинаковыми:
1) внутренние энергии;
2) среднеквадратичные скорости молекул;
3) температуры;
4) все три вышеуказанные характеристики.

Решение: Тепловое равновесие установится тогда, когда температуры тел будут одинаковыми, то есть, когда прекратится теплопередача. Внутренняя энергия тела и среднеквадратичная скорость молекул связаны прямо пропорционально. И нет прямой связи с температурой тела. Ответ: 3.

3) Задача. На pV-диаграмме изображен циклический процесс 1-2-3-4-1, совершаемый над идеальным газом:

На участке 1-2 газ обменивается с окружающими телами количеством теплоты 1245 Дж, а на участке 2-3 - количеством теплоты 2075 Дж. Чему равен КПД этого циклического процесса, если газ за один цикл совершает работу 207,5 Дж?

1) 16,7%; 2) 10%; 3) 6,25%; 4) 25%

4) Задача. Порции идеального газа сообщили некоторое количество теплоты. При этом газ совершил положительную работу. В результате внутренняя энергия порции газа:
1) увеличилась;
2) уменьшилась;
4) не изменилась;
5) могла и увеличиться, и уменьшиться, и остаться неизменной.

Решение: Согласно первому началу термодинамики, переданное газу тепло идет на изменение его внутренней энергии и на совершение газом работы против внешних сил: Q = ΔU + А. Отсюда для изменения внутренней энергии имеем: ΔU = Q – А. Следовательно, изменение внутренней энергии газа может и увеличиться (Q > А), и уменьшиться (Q < А), и остаться неизменной (Q = А). Ответ: 4.

5) Задача. КПД идеальной тепловой машины зависит:
1) от температуры холодильника, температуры нагревателя и рода рабочего тела;
2) только от рода рабочего тела;
3) только от температуры холодильника;
4) только от температуры холодильника и температуры нагревателя.

Решение: КПД идеальной машины Карно связан с температурами нагревателя и холодильника соотношением: η=1-Т_н/Т_х. Ответ: 4.

3. Относительная влажность воздуха

1)Задача. На рисунке изображены: пунктирной линией - график зависимости давления p насыщенных паров воды от температуры T, и сплошной линией - процесс 1-2 изменения парциального давления паров воды.

По мере такого изменения парциального давления паров воды абсолютная влажность воздуха:
1) увеличивается;
2) уменьшается;
3) не изменяется;
4) может как увеличиваться, так и уменьшаться.
Решение: Из графика видно, что рассматриваемый процесс находится под кривой зависимости давления насыщенных паров от температуры, значит, пар в ходе процесса 1-2 остается ненасыщенным. ρ=m/V - это формула определения абсолютной влажности воздуха, где m - масса водяного пара в объеме V влажного воздуха. При неизменной температуре давление в процессе 1-2 падает. Соответственно, объём V увеличивается, а абсолютная влажность воздуха уменьшается. Ответ: 2.

4. МКТ, термодинамика: изменение физических величин в процессах; установление соответствия между графиками и физическими величинами, между физическими величинами и формулами

1) Задача. один моль одноатомного идеального газа совершает циклический процесс, изображенный на рисунке 1.

Как изменятся следующие физические величины, если заменить исходный циклический процесс на процесс, изображенный на рисунке 2: количество теплоты полученное газом от нагревателя; работа газа за один цикл; КПД цикла?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения.

A) количество теплоты, полученное газом нагревателя

Б) работа газа за один цикл

3) не изменяется

Решение: Из геометрических соображений (геометрическая интерпретация интеграла ) замечаем, что достаточно определить площадь под линией, описывающей состояние процесса, и сравнить. В первом случае (рисунок 1): .Во втором случае (рисунок 2): . Вывод: передаваемое газу от нагревателя количество теплоты увеличится. Прямоугольники, ограничивающие процесс на рисунках равновеликие, значит и работа газа за цикл не изменяется. КПД, как отношение работы газа к полученному количеству теплоты, уменьшится.

2) Задача. На рисунке изображен циклический процесс, совершаемый над одноатомным идеальным газом в количестве один моль. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Решение: Идеальный газ подчиняется уравнению состояния Клапейрона- Менделеева: . Изменение внутренней энергии одноатомного идеального газа равно: .

Изобарическому расширению 2 соответствует процесс 1-2. Здесь всё переданное газу тепло идет на совершение газом работы против внешних сил и на изменение внутренней энергии. Количество теплоты, поглощаемое газом в процессе изобарического расширения равно

Изохорическому охлаждению соответствует процесс 2-3. Изменение внутренней энергии при этом равно

3) Задача. В вертикальном сосуде под поршнем находятся азот и насыщенный водяной пар, на дне цилиндра имеется вода. Поршень сдвинули вниз, поддерживая температуру содержимого сосуда постоянной. Как в результате изменятся следующие физические величины: парциальное давление водяных паров, парциальное давление азота, концентрация молекул азота. Для каждой физической величины определите соответствующий характер изменения:

Решение: При перемещении поршня вниз, водяной пар частично конденсируется, поэтому при неизменной температуре парциальное давление водяных паров не изменится. Азот сохраняет свое агрегатное состояние - газ. При уменьшении объёма и сохранении температуры парциальное давление азота увеличится ( ) . Следовательно, и концентрация молекул азота увеличится.

4) Задача. Идеальный газ находится под поршнем. Поршень быстро передвигают, увеличивая занимаемый газом объём. Как при этом изменяются следующие физические величины: среднее расстояние между молекулами газа; внутренняя энергия газа; температура газа? Для каждой физической величины определите соответствующий характер изменения:

Решение: Увеличивается объём газа, соответственно, увеличивается и расстояние между молекулами газа. При быстром увеличении объёма газ быстро падает давление. Значит, падает и температура газа, уменьшается внутренняя энергия. Ответ: 1 2 2.

ЛЕКЦИЯ 3. Задачи базового уровня ЕГЭ.

Ответ: 1; алюминий.

3) Задача. Какое из описанных ниже движений частицы можно считать броуновским?

4) Задача. По какой причине наблюдается броуновское движение мелких пылинок в жидкости?

Задача №9.(Работа в термодинамике, первый закон термодинамики, КПД тепловой машины).

1) Задача. В процессе, изображенном на pV–диаграмме, температура некоторой массы идеального газа

Решение:

2) Задача. В каком из изображенных на pV–диаграмме процессов температура идеального газа возрастает?

5) Задача. На графиках представлены зависимости концентрации n и температуры Т идеального газа от времени t.

Ответ: 2.

6) Задача. На рисунке изображён циклический процесс для идеального ргаза. Изохорическому нагреванию газа соответствует участок

Задача №10.(Относительная влажность воздуха, количество теплоты).

5) Задача. КПД идеальной тепловой машины зависит

2) только от рода рабочего тела

3) только от температуры холодильника

4) только от температуры холодильника и температуры нагревателя

Термоэлектрический эффект Зеебека: что это такое? Как устроены и работают термопары и термоэлектрогенераторы

Если два бруска изготовленных из разных металлов плотно прижать друг к другу, то на их контакте сформируется двойной электрический слой и соответствующая разность потенциалов.

Данное явление обусловлено различием в величинах работ выхода электронов из металла, характерных для каждого из двух контактирующих металлов. Работой выхода электронов из металла (или просто работой выхода) называют работу, которую необходимо затратить на то, чтобы переместить электрон из поверхности металла в окружающий вакуум.

Практически, чем больше значение работы выхода — тем меньше вероятность того, что электроны смогут перейти границу раздела. В результате получается, что на той стороне контакта, где находится металл с большей (!) работой выхода скапливается отрицательный заряд, а на стороне металла с меньшей работой выхода — положительный.

Итальянский физик Алессандро Вольта наблюдал это явление и описал его. Из опыта он вывел два закона, известных сегодня как законы Вольта.

Первый закон Вольта звучит так: на контакте двух разных металлов возникает разность потенциалов, которая зависит от химической природы и от температуры спаев.

Второй закон Вольта: разность потенциалов на концах последовательно соединенных проводников не зависит от промежуточных проводников и равна разности потенциалов, возникающей при соединении крайних проводников при той же температуре.

С позиции классической электронной теории необычные результаты эксперимента Вольта объясняются довольно просто. Если принять за ноль потенциал за пределами металла, то внутри металла с потенциалом ?i энергия электрона относительно вакуума будет равна:

Приведя в контакт два разных металла с работами выхода А1 и А2, будем наблюдать избыточный переход электронов из второго металла, с меньшей работой выхода, в первый металл, работа выхода из которого больше.

В результате этого перехода концентрация (n1) электронов в первом металле увеличится по сравнению с концентрацией электронов во втором металле (n2), что как раз и породит обратный избыточный диффузный поток электронного газа, направленный противоположно потоку, обусловленному различием работ выхода.

В состоянии равновесия на границе двух металлов установится следующая разность потенциалов:

Значение установившейся разности потенциалов можно определить так:

Данное явление, при котором возникает контактная разность потенциалов, очевидно зависящая от температуры, именуется термоэлектрическим эффектом или эффектом Зеебека. На эффекте Зеебека основана работа термопар и термоэлектрических генераторов.

Термопара состоит из двух спаев двух разных металлов. Если один из спаев поддерживать при более высокой температуре чем другой, то на выводах термопары возникнет термоЭДС:

Термопары служат для измерения температуры, а батареи, набранные из множества термопар, могут применяться в качестве источников ЭДС и даже термоэлектрических генераторов.

В термоэлектрическом генераторе при нагревании спая двух разных металлов, между свободными выводами, находящимися при более низкой температуре, возникает термоэлектрическая разность потенциалов или термоЭДС. И если замкнуть такую цепь на сопротивление, то в цепи потечет ток, то есть будет происходить непосредственное преобразование тепловой энергии в электрическую.

Коэффициент термоЭДС, как говорил Вольта, зависит от природы металлов входящих в данную термопару. Значения термоЭДС для разных термопар измеряются в микровольтах на градус.

Если взять проводник в форме кольца, составленный из двух разных металлов А и Б, соединенных в двух местах, и нагреть одно из мест соединения до температуры Т1, так чтобы температура Т1 получилась больше чем Т2 (температура второго соединения), то в горячем контакте ток будет направлен из металла Б в металл А, а в холодном — из металла А в металл Б. ТермоЭДС металла А считают в этом случае положительной относительно металла Б.

Все известные металлы обладают собственными значениями коэффициентов термоЭДС, их можно расположить последовательно в столбец, так чтобы каждый металл показывал положительную термоЭДС по отношению к нижеследующему.

Вот, например, список термоЭДС (выраженных в милливольтах), которые получатся при соединении указанных металлов в паре с платиной при разности температур контактов в 100 градусов:

С помощью приведенных данных можно определить, какая термоЭДС получится если соединить, например, медь с алюминием и поддерживать разность температур контактов в 100 градусов. Достаточно вычесть меньшее значение термоЭДС из большего. Так, пара медь-алюминий при разнице температур в 100 градусов даст термоЭДС равную 0,74 — 0,38 = 0,36 (мВ).

Термоэлектрические генераторы на чистых металлах не эффективны (их КПД около 1%), поэтому они не получили широкого распространения. Однако стоит отметить полупроводниковые термоэлектрические преобразователи, показывающие КПД до 7%.

В их основе - сильно легированные полупроводники, твердые растворы на основе халькогенидов пятой группы. Для поддержания «горячей» стороны при постоянной температуре подходит солнечный свет или тепло разогретой печи.

Подобные устройства применимы в качестве альтернативных источников энергии на удаленных объектах: маяках, метеостанциях, космических аппаратах, навигационных буях, активных ретрансляторах, станциях антикоррозийной защиты нефте- и газопроводов.

Главные преимущества термоэлектрических генераторов заключаются в отсутствии движущихся частей, бесшумной работе, сравнительно небольших размерах и простоте настройки. Однако главный их недостаток — чрезвычайно низкий КПД в районе 6%, нивелирует эти достоинства.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Читайте также: