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无线电电子与电气工程百科全书 新能源时代会到来吗？ 没有汽车就没有电。 无线电电子电气工程百科全书
上世纪初，发明家和科学家已经充分意识到电力的广泛使用可以带来的好处。 然而，很长一段时间以来，没有办法以便宜的价格获得足够的数量。 但1821年，德国科学家塞贝克发现了一个奇怪的现象。 如果我们将两个不同的导体焊接在一起形成闭合电路，并加热一个结点并冷却另一个结点，那么电路中就会出现电流。 在这个令人惊讶的简单装置（他们称之为热电偶）中，热能可以说直接转化为电能。
在他之前很久就知道的原电池中，能量是通过将金属溶解在电解质中来获得的。 这些物质相当昂贵，能源也不便宜。 热电偶则是另一回事。 他自己不消耗，燃料也相当实惠。 此外，它的连接处可以被任何东西加热：太阳、火山热、通过炉管飞出的燃烧产物等。
让我们仔细看看它的一些属性。 单个热电偶会产生很小的电动势 - 十分之几、百分之一伏特。 但其内阻很小，因此产生的电流可以很大。 如此美妙的实验早已为人所知。 一种电磁铁，具有铁芯和由...组成的一匝绕组。 但转弯处是一个由手指粗的铜制成的支架，用铋制成的焊接跳线封闭。 我们用普通的实验室燃烧器加热连接处的一端，并用水冷却另一端。 产生数千安培的电流，磁铁（旋转一圈！）吸住祖母的铸铁。
低电动势不是问题，热电偶可以轻松连接到具有数百或数千个串联电源的电池中。 它看起来像由两种金属条交替组成的手风琴。 2-3伏中等电压的强电流最适合小型电镀车间使用。 它是由热电发电机产生的，类似于用木头、煤或天然气烧制的小火炉。 本世纪初，它们被手工业者使用。 还尝试解决更大的问题。 所以，举例来说，上世纪80年代末，克卢埃在巴黎建造了一台热电发电机，为80支亚布洛奇科夫的“蜡烛”提供能量。 当时装置的效率不超过0.3%。 看起来似乎很少，但所有损失的热量都可以用来给房子供暖、烧水或做饭。 还提供了带有内置热电发电机的加热炉。 奇怪的是，它们的安装丝毫没有增加供暖的燃料消耗。 毕竟，电如果在同一个房间用完，就会再次转化为热量！ 历史另有规定。 事实证明，在发电厂生产电力并集中分配给消费者的利润要高得多。 即使在上个世纪，发电厂的效率也比热电偶高十倍。 然而，优雅的简洁性以及由于没有活动部件而带来的可靠性让许多人着迷。 在没有深入了解理论的情况下提高效率的尝试并没有取得巨大的成功。 加热热电偶腿会产生电动势，但同时会产生寄生热流，该热流无用地从热端流向冷端。 为了尝试使用它，他们开始组装热电偶级联，其中一个热电偶的冷端加热另一个热电偶的热端。 级联各级热结点的温度都会降低。 然而，通过选择在给定温度范围内工作效果最佳的材料，可以显着提高整个系统的效率。 还有另一种可能。 这称为热回收。 让我们引导气流沿着热电级联从冷端流向热端。 同时，它会从元件中获取流经元件的部分热量并升温。 之后，我们将热空气引入炉中并节省一些燃料。 整个过程相当于降低热电偶材料的热导率，并且只有从每个元件中去除严格定义的部分热量才会有益。 然而，只有当级联中的热电偶本身足够完美时，再生才会引人注目。 30世纪1940年代，我国热电领域的理论工作开展得尤为深入。 他们说没有什么比好的理论更实用的了。 A.F. Ioffe 院士创建了一种关于固体中发生的过程的新理论。 一些著名的科学家对它抱有敌意，称其为“量子力学潜意识”。 但在 10 年，根据她的发现，可以将热电偶的效率提高 XNUMX 倍。 这是由于半导体取代了金属——半导体是具有更高热电势和低导热率的物质。 战争初期，约夫的实验室制造了一台“游击锅炉”——一种为便携式广播电台供电的热电发电机。 那是一个水壶，底部有热电偶，位于外面。 它们的可燃接点在火的火中，而冷的则附着在锅底，通过倒入水来冷却。
精心选择的材料和再生技术的使用使得我们这个时代能够将热电偶的效率提高到 15%。 本世纪初，传统发电厂也有这样的效率，但现在已经增加了两倍多。 热电偶在大规模电力工程中尚无一席之地。 但也有一股小小的能量。 山顶无线电中继站或海上信号浮标需要数十瓦的电力。 还有一些偏远地区有人居住，需要电力和热能。 在这种情况下，使用由气体或液体燃料加热的热电偶。 尤其有价值的是，这些设备可以放置在一个小型地下掩体中，并且完全无人看管，每年只需一次或更少的时间来补充燃料供应。 由于功耗低，任何效率下的消耗都是可以接受的，而且……别无选择。 医生们发现了热电发电机的一个奇怪的应用。 二十多年来，成千上万的人一直佩戴着植入皮下的起搏器。 它的能量来源是一个微型（带有顶针）电池，由数百个串联的热电偶组成，通过无害同位素的衰变加热。 每 5-10 年进行一次简单的更换操作。 日本生产了电子表，其能量由热电偶从手的热量提供。 最近，一家意大利公司宣布开始研发带有热电发电机的电动汽车。 这种电流源比电池轻得多，因此热电汽车的行驶里程将不低于传统汽车的行驶里程。 （回想一下，电动汽车一次充电可以行驶150公里。）相信通过各种技巧，油耗可以变得可以接受。 新型机组的主要优点是绝对无害的废气、无噪音的运动、使用最便宜的液体（也可能是固体）燃料以及非常高的可靠性。 30世纪20年代，我国在热电偶方面开展的工作广为人知。 这可能就是作家G·阿达莫夫在他的小说《两洋的秘密》中描述“先锋”号潜艇的原因，该潜艇通过电池电缆获取能量。 所以他把长电缆形式制成的热电发电机称为热电发电机。 在浮标的帮助下，它们的热结点上升到海洋上层，温度达到25-1℃，而冷结点则被温度为2-XNUMX℃的深水冷却。神奇的“先锋”号是一艘能够领先当前核动力一百分的船，为电池充电。 这是真的吗？ 媒体上没有此类直接实验的报道。 然而，奇怪的事情出现了。 容量为 1000 kW 的热电发电机已经诞生，它可以利用地下热源的热量产生能量。 热端和冷端之间的温差为23°C，因为在海洋中，每6千瓦1公斤的比重远低于常规海底电站的比重。 我们是否正处于新能源革命、电力新时代的门槛上？ 作者：A. Saveliev
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