Вопрос 6.8.

Опишите принцип действия термоэлектронного преобразователя. Как определятся его термический К.П.Д.?

Ответ

Принцип действия термоэлектронного преобразователя (ТЭП) основан на способности металлов в нагретом состоянии испускать (эмитировать) со своей поверхности электроны.

Как известно из физики, в металле имеются свободные электроны; выходу этих электронов за пределы металла препятствует потенциальный барьер, равный разности энергий электрона за пределами металла и внутри него. Для того, чтобы преодолеть этот барьер и вывести электрон из металла во внешнюю среду, необходимо затратить определенную работу - работу выходы. Работа выхода различна для различных веществ довольно велика – от одного до нескольких электрон-вольт.

Рис.36

В результате эмиссии электронов плотность электронов за пределами металла возрастает и появляется возможность отобрать некоторый электрический ток. На Рис.36. представлена схема ТЭП. Металлические поверхности 1 и 2 разделены вакуумным промежутком. Поверхность 1 имеет температуру Т₁, а поверхность 2 поддерживается при температуре Т₂, Причем Т₁>> Т₂. В результате эмиссии электронов с поверхности 1, которая значительно интенсивнее, чем эмиссия с поверхности 2 от поверхности 1 к поверхности 2 будет уходить большее число электронов, чем от поверхности 2 к поверхности 1. Поэтому поверхность 2 зарядится отрицательно и между пластинами возникнет разность потенциалов. Если замкнуть пластины на какое-либо внешнее сопротивление то в этой цепи протекает электрический ток.

Термический КПД ТЭП подсчитывается по формуле(179)

, (179)

где L – электроэнергия, отданная внешнему потребителю, а Q₁ – теплота подведенная от горячего источника к катоду.

Задача 6.19

Воздушная холодильная установка, работающая по идеальному циклу, имеет холодопроизводительность 300кДж/с. Параметры воздуха на выходе из холодильной камеры p₁=0,1 МПа и t₁=–3 С. После сжатия давление воздуха p₂=0,4 МПа, температура воздуха после охладителя t₃=20 С. Определить температуру воздуха после расширения в детандере, часовую производительность и мощность привода компрессора, детандера, а также холодильный коэффициент цикла и сравнить его с холодильным коэффициентом обратного цикла Карно для того же интервала температур.

Решение

Схема установки и цикл в Ts-диаграмме изображены на Рис. 37, где