Термоэлектрический источник электроэнергии, основанный на

Работу выполнил
ученик 8 класса «В»
МАОУ «Гимназия»
города Новоуральска
Девяшин Даниил
Ветряной генератор
Солнечная батарея
Велозарядка
Ручная динамозарядка
Гипотеза: если нельзя зарядить мобильное устройство в походе от электрической
сети, то можно использовать для этой цели альтернативные источники энергии.
Объект исследования: термоэлектричество как физическое явление.
Предмет исследования: термоэлектрический генератор.
Цель исследования: создать автономный источник электрической энергии.
Задачи:
1.
Изучить информацию по термоэлектричеству.
2.
Создать термоэлектрогенератор и проверить его работоспособность.
3.
Продемонстрировать готовый продукт членам туристического клуба «Кедр»
города Новоуральска и оценить его практическое значение.
4.
Сделать вывод о верности гипотезы.
Методы:
- анализ литературы по основным понятиям термоэлектричества;
- поиск инструментария и создание термоэлектрогенератора;
- полевые исследования готового продукта и статистические методы обработки
информации;
- интервьюирование членов турклуба города Новоуральска
Термоэлектричество- преобразование тепла в электричество с
помощью термоэлектрогенератора.
При замыкании концов цепи, состоящих из двух
разнородных металлических материалов, спаи которых
находятся при разных температурах, магнитная стрелка
поворачивается как и в присутствии магнитного
материала, то есть возникает ток.
Термоэлектричество было
открыто в 1820 году
немецким физиком Томасом
Иоганном Зеебеком.
Опыт 1
Изготовление термопары из проводников (меди и железа)
U = 0,002 В
Вывод: используя железную и медную проволоки можно изготовить термопару и
получить напряжение, но КПД от термопары такого вида очень низкий и поэтому
непригоден для изготовления термоэлектрогенератора.
Опыт 2
Изготовление термопары и термобатареи из полупроводников
(хромеля и алюмеля).
1 пара U = 0,04 В
2 пары U = 0,07 В
Вывод: Напряжение, полученное хромель- алюмелевой термопарой, в 20 раз больше,
чем у термопары из меди и железа. N-количество термопар, соединённых последовательно,
увеличивают напряжение в n раз. КПД полупроводниковой термопары выше, чем у
термопары из проводников, однако их использование для изготовления
термоэлектрогенератора также нецелесообразно.
Подготовка составных частей термоэлектрогенератора.
Прижимная пластинка
из текстолита
Клеммник
Охлаждающий
радиатор
Теплопроводная
термопаста
Термоэлектрический
генераторный модуль
Теплопроводная
пластина
Сборка термоэлектрогенератора.
Сборка заняла несколько минут, вес генератора 1кг 200г, цена 2730 рублей (2450 рублей –
цена термоэлектрического генераторного модуля и 280 рублей – цена термопроводящей
пасты). Остальные детали были взяты из гаража.
Опыт 3 Испытания термоэлектрогенератора.
Испытания проводились при различных температурах горячего и холодного концов
с помощью мультиметра MD 838 P с функцией регистрации температуры и мультиметра
Ц 4341.
Напряжение, В
Результаты испытаний.
- при температуре холодного конца 23°С
- при температуре холодного конца 4°С
Температура горячего конца, °С
Зелёным цветом на графике показано напряжение, при котором работает светодиодный
фонарик, красным - когда начинает работать радио, синим - когда начинает заряжаться
телефон. При большей разнице температур холодного и горячего концов можно достичь
большего напряжения за меньшее время. После прекращении подачи тепла напряжение
медленно падает, мобильные устройства продолжают работать некоторое время. Если
радиатор поместить в ёмкость с холодной водой, напряжение вновь увеличивается.
1.Напряжение, полученное от термопары из полупроводников в 20 раз больше, чем от
термопары из железа и меди. Однако для изготовления портативного ТЭГ лучше
использовать готовый ТГМ фирмы «Криотерм».
2.За 2730 рублей можно собрать недорогой, достаточно компактный, эффективный и
простой в использовании походный ТЭГ весом 1кг 200 г, и получить напряжение до 6 В.
3. Изготовленный генератор незаменим для питания маломощных потребителей энергии –
радиоприёмников, фонариков, сотовых телефонов в глухих, труднодоступных
неэлектрифицированных местах.
4. По сравнению с другими альтернативными источниками энергии он наиболее пригоден
в походных условиях, так как не требует солнца, ветра, физических затрат. Он позволяет
получить электричество из любого источника тепла.
5.Недостатком ТЭГ является необходимость поддерживания разности температур, а также
есть опасность перегрева модуля и выхода его из строя..
6. ТЭГ можно считать альтернативным источником электроэнергии и использовать для
зарядки и работы мобильных устройств.