Lan erabilgarria Ingurumen beroa arabera

Taldea 1. termino eta definizioak batzuk.

The indar elektroeragilea (EMF) integral kanpoko indar eremu zati egungo iturri bat ... kanpoko indar zelula elektrodeposizio elektrolito eta elektrodoen arteko mugetan jarduten osatua dago. halaber, bi metal desberdinak arteko mugan jarduten dute eta harremanetarako potentzial-diferentzia therebetween [5 p zehazteko. 193, 191]. Kopuru joango zirkuituko atalaren gainazal guztietan potentzial eroale arteko aldea potentziala, katearen muturretan kokatutako berdina da, eta indar elektroeragilea EMF conductor zirkuitua deritzo ... katearen lehen motako eroale bakarrik osatua lehena eta zuzeneko deitu (Volta legea) ... Zirkuitu bezala irekita badago, EMF azken conductor arteko balizko salto berdina da Zirkuitu honetan zero da. irekita zirkuitu-zuzendaria, bertan elektrolito bat, gutxienez, lege aplikagarriak volt ... Jakina, bakarrik conductor zirkuituko bigarren motako eroale gutxienez osatutako zelula elektrokimikoak (edo kateak elektrokimikoak elementu) dira [1, p barne hartzen zuzentzeko. 490 - 491].

Polyelectrolytes konponbidea ioiak sartu bereizteko gai polimeroak dira, beraz, makromolekula berean, karguak ... crosslinked polyelectrolytes (ion trukagailuak, errepikatutako ugari ion-trukea erretxin) ez du desegiteko, bakarrik olatuak, berriz, banantzen gaitasuna [6, p mantenduz. 320 - 321]. Polyelectrolytes negatiboki kargatutako macroion sartu banantzen eta H + ioien Poliazidoek deitzen dira eta positiboki kargatutako ioiak eta OH- macroion poliosnovaniyami izeneko sartu dissociates.

DONNAN oreka potentziala potentzial-diferentzia hori bi elektrolitoak arteko fase muga gertatzen muga hori ez da ioiak guztiei iragazkorra bada. Iragazgaiztasuna ioi batzuek mugak eragindako daiteke, adibidez, mintzen presentzia poroak oso estuak dira, tamaina jakin batetik gorako partikula for impassable batera. interfazearen iragazkortasun selektiboa gertatzen da eta edozein ioiak hain biziki oro har utzi ezin fase bat lotuta badaude. Zehazki jokatu ionikoak ionikoa erretxinak, edo ioi-trukea taldeko finkoa sare molekularreko edo matrize batean homopolar fidantza. Konponbidea, hala nola matrize forma barruan egotea elkarrekin fase bakar batekin; konponbidea, kokatutako kanpo, - bigarren [7. 77].

The elektriko bikoitza geruza (EDL) da distantzia jakin batean bota elkarri [7tik oppositely kobratuko geruza ezarri bi fase interfazearen gertatzen. 96].

Peltier efektua isolamendua hau edo xurgapen bero bi eroale desberdinak kontaktua eko korronte elektrikoa kontaktua [2, p bidez nagusiak norabidea arabera. 552].

2. zatia: bero ura elektrolisiaren ertain erabiliz.

Demagun elektrokimikoak zelula (aurrerantzean elementu) zirkuituan agerraldia mekanismoa, eskematikoki Irudian agertzen. 1, gehiago EMF ondorioz, barne-harremanetarako potentzial-diferentzia (PKK) eta DONNAN eragina (DONNAN eragina esentzia azalpen laburra, barne PKK eta lotutako Peltier bero hirugarren artikuluaren zatia ematen da).

Fig. 1. elektrokimikoak zelula baten eskema: 1 - katodoaren 3 konponbide bat kontaktatu, elektrokimika murrizketa elektrolito katioiak erreakzioa bere azalera, kimikoki inerteak gogor dopatutako n-semiconductor bat eginda gertatzen. katodoaren konektatu kanpoko tentsio iturri bat, Metallized parte; 2 - anode 4 konponbide bat harremanetan jarri da, azalean kontratuan gerta elektrokimikoak oxidazioa elektrolito anioiak, kimikoki inerteak gogor dopatutako p-semiconductor egina erreakzioa. anode konektatu kanpoko tentsio iturri bat, Metallized parte; 3 - katodoaren espazioa, polyelectrolyte konponbidea, uretan bereizteko macroion batean r- negatiboki kargatutako eta positiboki kargatuta counterions K txiki + (gaur adibidez in the hidrogenoa ion H + da); 4 - anode konpartimenduan polyelectrolyte ura bereizteko irtenbide positiboki kargatutako macroion R + eta negatiboki kargatutako counterions A- txikitan (adibide honetan bertan hidroxido ioiak OH-); 5 - mintza (diafragma), makromolekulen (macroion) polyelectrolytes to iragazgaitzak, baina counterions txiki K +, A eta ur molekulak partekatutako espazio 3. eta 4. guztiz iragazkorra da; Evnesh - kanpoko tentsio iturri bat.

EMF DONNAN eragina arabera

argitasun baterako, katodoaren espazioa (. 3, 1. irudia) eta elektrolito Hautatutako da aqueous poliazido irtenbidea (R-H +), elektrolito eta anode konpartimenduan (4, piku 1.) - aqueous poliosnovaniya (R + OH-). disoziazio katodoaren konpartimentu Poliazidoek ondorioz, katodoaren (1, 1. irudia) azalera gertu, han H + ioien kontzentrazioa handiagoa da. karga positiboa katodoaren azalera inguruetan agertzen ez dago konpentsatu negatiboki kargatutako macroions R- geroztik ezin dute etortzen katodoaren azalera hurbil dela bere tamaina eta positiboki kargatutako giroa ioniko baten presentzia (xehetasunak ikusi. Description DONNAN eragina №1 eranskinean hirugarren artikuluaren zati batean). Horrela, zuzenean katodoaren azalera kontaktuan irtenbide bat geruza muga karga positiboa du. Ondorioz, katodoaren azalean elektrostatikoa indukzio bat, irtenbide batera Alboko, ez dago eroankortasuna elektroiak karga negatiboa da. ie katodoaren azalera eta DES irtenbide arteko interfazean gertatzen da. DES eremuan bultzada elektroiak katodoaren from - konponbidea.

Era berean, anode (2, 1. Irudia), muga anode konpartimentuan konponbidearen geruza (4, 1. Irudia) zuzenean anode azalera kontaktuan karga negatiboa du, eta anode azalean, irtenbide batera Alboko, ez dago karga positibo bat da. ie anode azalera eta konponbidearen arteko lotura osatzen ere gertatzen DES. DES eremuan bultzada elektroiak irtenbidea from - anode bat.

Horrela, DES eremuan katodoaren eta anodoaren konponbide batera interfazeak berean, onartzen termiko konponbide ion zabalkundea, bi barne EMF-iturri dira, kontzertu jarduten kanpoko iturburu batera, adibidez, begizta aurkakoan gastuak negatiboa bultzaka.

Disoziazio poliosnovaniya Poliazidoek eta, gainera, zabalkunde termiko eragiten mintza (5, 1. irudia) H + ioiak cathodic espaziotik bidez. - anode, eta anode konpartimenduan batetik OH- ioien - katodoaren bat. Macroion R + eta R- polyelectrolytes ezin mintza zehar mugitzen, beraz, katodoaren espazio batetik han gehiegizko karga negatibo bat da, eta anodic espazioa - gehiegizko karga positibo bat, adibidez, Han beste DPP da DONNAN eragina dela eta. Horrela, mintza ere EMF barnean gertatzen, kontzertu jarduten kanpoko bero difusio-iturri batekin eta ioien irtenbidea mantendu.

Gure adibidean, mintza zeharkatuz tentsioa 0.83 volt irits daiteke, gisa 0.83 0 volt du anode konpartimenduan katodoaren konpartimenduan garratza ingurunean medium alkalinoak trantsizio at - honetatik hidrogenoa elektrodo estandarra potentziala aldaketa bat dagokio. Xehetasunak eskuratzeko, ikusi. №1 eranskinean hirugarren artikuluaren zatia ere.

EMF barrutik PKK

Elementu EMF The gertatzen da, harremanetarako semiconductor anode eta katodoaren euren metal zatiak, kanpoko tentsio iturri konektatzeko zerbitzatu barne. EMF This Barne PKK ondorioz. Barne IF ez du sortzen, berriz, kanpoko eremura espazioan harremanetarako eroale inguratzen, adibidez Ez du eraginik eroale kanpo kobratuko partikula mozioa. Eraikuntza n-semiconductor / metal / p-semiconductor aski ezaguna da eta erabiltzen da, adibidez, termoelektriko baten Peltier modulua. EMF magnitude 0.6 Volt [5, p - tenperaturan horrelako egitura baten 0,4 ordena balioak irits daiteke. 459; 2, p. 552]. kontaktuak eremuak dira modu bat, hala nola elektroi bultza dutela aurkakoan begizta batean, adibidez zuzendu kanpoko iturria kontzertu jarduteko. Elektroiak goratzen energia ertain Peltier beroa xurgatzeko maila.

Barne kontaktu elektrodoak eta konponbidea arloetan elektroiak zabalkundea ondorioz sortutako IF, aitzitik, bultzada elektroiak erlojuaren begizta batean norabidean. ie Elementu batean elektroi aurkakoan, kontaktu horiek mozioa bideratu behar dira Peltier bero. Baina delako elektroi transferentzia katodoaren batetik konponbide sartu eta anode ere konponbidearen da nahitaez endotermikoa erreakzio bat hidrogenoa eta oxigenoa sortzen lagunduta, Peltier beroa ez da medium isurtzen, eta da endotermikoa eragina murrizteko, adibidez like "kontserbatu" hidrogenoa eta oxigenoa eraketa entalpia da. Xehetasunak eskuratzeko, ikusi. eranskinean №2 hirugarren artikuluaren zatia.

eramaile (elektroiak eta ioiak) Element zirkuitu batean mugitzen ez bideak itxita, no elementua ere arduratzen da, ez zirkuitu itxi batean mugitzen. elektroi anode bakoitzak irtenbidea (OH- ioien oxigeno molekula oxidazio ikastaroa) lortutako eta katodoaren kanpoko zirkuitu batetik igarotzean, elkarrekin volatilized da hidrogenoa molekulak (ioiak H + berreskuratzea prozesuan). Era ioiak OH- eta H + ez zirkuitu itxi batean mugitzeko, baina soilik dagokion elektrodoa, eta ondoren hidrogenoa molekularreko eta oxigeno formularioa lurruntzen. ie eta ioiak eta elektroi bakoitza bere ingurunean mugitzen azkartu DES eremuan, eta bidearen amaieran, elektrodo azalera molekula batean konbinatzen dira, osoa gordetako energia bihurtzeko iristen direnean - lotura kimiko bat energia, eta begizta du!

EMF barne iturri guztiek Element, murriztea uraren elektrolisia kanpoko iturria kostatzen. Horrela, giro bere funtzionamendua zehar elementu xurgatzeko DES zabalkundea eusteko beroa da, kanpoko iturria kostua murrizteko, adibidez, Elektrolisia eraginkortasuna handitzen du.

Ur elektrolisia kanpoko iturria gabe.

berrikusteko prozesuak Irudian agertzen elementua gertatzen. 1, kanpoko iturri parametro bat, ez dira kontuan hartzen. Demagun, barne-erresistentzia dela berdina RD dago eta 0. tentsio bat That Evnesh Elementu elektrodoak dira karga pasiboa batera shorted (ikus Fig. 5). Kasu honetan, norabidea eta magnitude elementu interfazea at sortutako DES-eremu berean egongo.

Fig. 5. Horren ordez Evnesh (Fig. 1) pasiboa karga RL barne.

espontaneoa egungo elementu hau fluxuaren baldintza zehazteko. Gibbs balizko aldatzeak, formula (1) №1 eranskinean hirugarren artikuluaren zati baten arabera:

Δ G ARR = (Δ H ARR - n) + Q mod

Bada P> Δ H + Q mod mod = 284,5 - 47,2 = 237.3 (kJ / mol) = 1,23 (eV / molekula)

Δ G ARR <0 eta espontaneoa prozesua posible da.

gehiago kontuan hartu beharko dugu elementu hidrogenoa belaunaldi erreakzio azidoa ertain batean gertatzen da (elektrodo 0 volt potentziala), eta oxigeno alkalinoak (elektrodo 0,4 volt potentziala) batean. Horrelako elektrodo-potentzialak mintza (5, Fig. 5), tentsio zein honen 0.83 volt izan behar du. ie hidrogenoa eta oxigenoa eraketa beharrezkoa den energia da 0.83 (eV / molekula) murriztu. Ondoren prozesua espontaneoa aukera baldintza izango:

P> 1.23 - 0.83 = 0,4 (eV / molekula) = 77,2 (kJ / mol) (2)

aurkituko dugu energia hidrogenoa eta oxigenoa molekulak hesia ekidin eta kanpoko tentsio iturri bat erabili gabe dagoela. ie nahiz eta n = 0,4 (eV / molekula), adibidez denean barruko elektrodo HPDC 0,4 volt du, elementu egingo oreka dinamikoa egoera batean egon, eta edozein (nahiz txikia) oreka baldintzak aldatzea oraingoa eragingo du zirkuituan.

erreakzioak oztopo Another elektrodoak at aktibazioa energia da, baina ez dago kanporatua tunel efektua, ondorioz sortzen diren elektrodoak eta konponbidea [7 p arteko aldea smallness izateko. 147-149].

Horrela, energia gogoetak oinarri hartuta, espontaneoa egungo dela ondorioztatu dugu Irudian agertzen elementua da. 5, posible da. Baina zer fisiko arrazoi Egungo honek eragin dezake? Arrazoi hauek agertzen dira:

1. elektroi trantsizio katodoaren irtenbidea anode trantsizio probabilitatea irtenbide sartu baino handiagoa sartu batetik probabilitatea, geroztik n-semiconductor katodoaren energia maila handiko elektroiak free, eta p-semiconductor anode asko ditu - soilik "zulo", eta horiek "zulo" katodoaren elektroi azpiko energia mailan daude;

2. Mintza katodoaren ingurune azidoa baten espazioan onartzen da, eta anode en - alkalinoak. elektrodo geldoak kasuan, hau, izan ere, katodoaren elektrodo-potentziala duten anode baino handiagoa bihurtzen dakar. Ondorioz, elektroiak katodoaren to anode kanpoko zirkuitu baten bidez mugitu behar du;

3. Azalera DONNAN efektuaren ondorioz sortutako polyelectrolyte irtenbide baten karga, elektrodo / irtenbidea eremu adibidez, katodoaren aldean eremuan katodoaren irtenbide sartu batetik elektroi etekina sustatzen tan sortzen du, eta anode at eremuan - elektroi sarrera irtenbide batetik anode sartu;

4. oreka aurrera eta alderantzizko elektrodoak eko erreakzioak (truke korronteen) H lortze bidean + ioiak zuzeneko murrizketa erreakzioak katodoaren eta OH- ioien oxidazio anode at, geroztik dute gas (H2 eta O2) erraz erreakzio zona utziz gai (Le Chatelier-en printzipioa) eraketa badoaz.

Esperimentuak.

karga osoan tentsioa DONNAN efektua by ebaluazio kuantitatiboa egiteko, esperimentu bat egin zen bertan katodoaren Element du kanpoko grafito elektrodoa eta anodo aktibatzen karbono zetzan - karbono aktibatzen eta anioia erretxin AB-17-8 kanpoko grafito-elektrodo batekin nahasketa bat. Elektrolito - aqueous NaOH konponbidea, anode eta katodoaren espazio sentitu sintetikoa bereizita. kanpoko elementu horren elektrodoak open On 50 mV tentsioa izan da. kanpoko karga 10 elementu bat konektatutako Noiz ohm finko microamps 500 inguru egungo. Noiz inguruneko tenperatura 20 eta 30 0C tentsio-tik gora egiten du kanpoko elektrodo to 54 handitu mV. tentsioa areagotzea inguruneko tenperaturan baieztatzen EMF iturburu da hedapena, adibidez partikula mozioa termikoa.

karga osoan tentsioa barruko HPDC metal / semiconductor esperimentu batetik ebaluazio kuantitatiboa egiteko egin zen eta bertan zelula katodoaren grafito sintetikoa kanpoko grafito elektrodoa eta anodo hauts osatzen dute - boro CARBIDE (B4C, p-semiconductor) kanpoko grafito-elektrodo batekin hauts bat. Elektrolito - aqueous NaOH konponbidea, anode eta katodoaren espazio sentitu sintetikoa bereizita. kanpoko elementu tentsioa elektrodoak open On 150 mV zen. Noiz kanpoko karga konektatzeko elementu 50 kOhm tentsioa to 35 jaitsi mV., Hala nola indartsua tentsio jaitsiera dela eta baxua berezko boro karburoa eta, ondorioz, barne-erresistentzia Element handiko gisa. Ikerketa tentsio versus tenperatura egitura horien elementu bat ez da gauzatzen. Hau da, izan ere, hori erdieroale bat, bere konposizio kimiko arabera, Dopina eta beste propietate-maila, tenperatura modutan bere Fermi mailan eragina izan dezake aldaketa. ie Tenperatura eragina EMF on Element (handitzeko edo txikitzeko), kasu honetan erabilitako materialen araberakoa da, beraz, hau ez da adierazgarri esperimentua.

Une honetan bertan zelula katodoaren da aktibatzen karbono hauts eta KU-2-8 nahasketa bat eginda kanpoko herdoilgaitz elektrodoa eta aktibatzen karbono hauts eta anioia erretxin AB-17-8 nahasketa bat anode kanpoko elektrodo batetik beste esperimentu jarraitu zuen altzairu herdoilgaitza. Elektrolito - aqueous NaCl irtenbide, orduan eta anode eta katodoaren espazioak dira sintetikoa batez bereizita sentitu. Kanpo 2011ko urrian ekin elementu horren elektrodoak zirkuitulaburrik pasiboa anperemetroa gai dira. Oraingo bertan anperemetroa bat, egun bat inguru txanda ondoren, jaitsi 1 mA erakusten - 100 mkA arte (hau da, itxuraz ondorioz elektrodoak polarizazio), eta orduz geroztik, urte bat baino gehiago ez da aldatuko.

Goian azaldutako lotuta eraginkorragoa material inaccessibility lortutako emaitzak nabarmenki teorikoki posible baino txikiagoa esperimentuak praktikoetan. Horrez gain, kontuan izan guztizko barne-EMF zati hori Elementu beti elektrodo erreakzioa (hidrogenoa eta oxigenoa ekoizteko) eusteko kontsumitu eta ezin da kanpoko zirkuitu neurtuta.

Ondorioa.

Laburbilduz, ondoriozta dezakegu naturak ematen die energia termiko bihurtzeko digu energia erabilgarria edo lanean, berriz, bat "berogailu" ingurune gisa erabiliz, eta ez "hozkailu" bat izatea. Horrela DONNAN eragina eta barruko IF bihurtu kargatuta dauden partikula energia termiko eremu elektrikoa energia DEL du endotermikoa erreakzio beroa bezala da energia kimiko bihurtuta.

Jotzen kontaktu elementu bero kontsumitzen ertain eta ura, eta energia elektrikoa, hidrogenoa eta oxigenoa bideratzen! Gainera, energia-kontsumoa prozesua eta hidrogenoa erabilera erregai gisa, eta ura itzultzen back bero ertain behar!

Taldea 3 eranskinean du.

Zati hori aurrerago eztabaidatuko da DONNAN oreka eragina, barruko HPDC metal / erdieroaleen eta erreakzio redox eta elektrodo-potentzialak elementua buruzko Peltier bero bidegurutzeraino.

DONNAN potentziala (eranskina №1)

Demagun DONNAN polyelectrolyte potentziala agerraldia mekanismoa. Ondoren disoziazio polyelectrolyte counterions hasiko bere txikian, hedapena arabera, okupatu makromolekulari by bolumena utziz. txiki bolumena polyelectrolyte disolbatzaile in makromolekulen counterions zabalkundea Norabide makromolekula ontziratu kontzentrazioa handitu dela da aldean irtenbidea gainerako gisa. Are gehiago, bada, adibidez, counterions txikiak dira negatiboki kargatutako, honek emaitzak ere barruko makromolekula zati hori positiboki kargatuta daude, eta konponbidea berehala makromolekulari bolumena ondoan dago - negatiboak. ie negatiboki kargatutako - positiboki kargatutako macroion bolumen baten inguruan, ez dago "ion giroa" txikia kontra-ioien moduko bat da. Bukaera ionikoak giro karga hazkundea gertatu da, elektrostatikoa eremu ioi bolumena macroion giroa eta saldoak counterions txiki zabalkunde termiko artean. giroa eta macroions ionikoak arteko Lortuko oreka desberdintasun potentziala DONNAN potentziala da. DONNAN potentzial gisa ere aipatzen da mintza potentziala, baita antzeko egoera bat semipermeable mintza batean gertatzen da, adibidez, elektrolito irtenbide bertan bi mota ioiak ditu bereizten da - gai eta ez therethrough pasatzen disolbatzaile purua gai.

DONNAN potentziala egon mugatuz zabalkunde balizko kasu bat, noiz ioi bat mugikortasuna (kasu macroion honetan) zero da jo daiteke. Ondoren, [1, p arabera. 535], kontraerasoan berdintasunaren ardura hartzen bat:

E d = (RT / F) Ln ( a1 / A2), non

Ed - DONNAN potentziala;

R - gas unibertsala etengabea;

T - tenperatura termodinamikoa:

F - Faraday etengabea;

A1, A2 - kontra-jarduera kontaktu faseetan.

kidea honetan, dua mintza bereizten poliosnovaniya konponbideak (pH = Lg a 1 = 14) eta poliazido ere (pH = Lg 2 = 0 a), DONNAN balizko mintza zeharkatuz tenperaturan (T = 300 0 K) izango litzateke:

E d = (RT / F) (Lg a 1 - Lg 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * Ln (10) = 0.83 volt

DONNAN potentziala handitzen tenperatura zuzenki proportzionala. elektrokimikoak zelula Peltier beroa hedatzeko lan erabilgarria ekoizteko iturri bakarra da, ez da harritzekoa halako EMF dagoela Tenperatura handitzen handitzen. zabalkunde lanak ekoizteko zelula batean, Peltier bero beti ingurumena hartua. EDL bidez korronte osatzen denean DONNAN eragina, norabide bat DES eremuan norabidea positiboa batera ere (adibidez, DES-eremuan lan positiboa egiten denean), bero da paper hau ekoizteko ingurumena xurgatu.

Baina zabalkunde elementua ion kontzentrazioa, azken finean kontzentrazio-berdintasuna dakar eta gelditzen zuzendu zabalkundea, oreka DONNAN, dua, filtrazioak quasistatic korronte ion kontzentrazioa kasu batean, behin balio jakin bat iritsi izana ez bezala aldaketa etengabea eta norabide bakarrekoa da, aldatu gabe geratzen .

Fig. 2 redox hidrogenoa eta oxigenoa denean irtenbide azidotasuna aldatzen erreakzioak potentzial eskema bat azaltzen da. taula erakusten elektrodo oxigeno eraketa OH- ioien eza erreakzioa (1,23 ingurune azidoa batean volt) potentziala duten kontzentrazio handiko (0,4 volt alkalino ertain batean) 0.83 volt-eko potentzial bera desberdinak. Era berean, elektrodo hidrogenoa eratuz H + eza (-0.83 medium alkalinoetan volt) eta erreakzio potentziala kontzentrazio handia (0 V azidoa ertain batean) at potentzial bera desberdina da, halaber, 0.83 volt [4 at. 66-67]. ie 0.83 agerikoa dela volt uraren kontzentrazio handia lortzea dagokion ioiak ere beharrezkoa da. Horrek esan nahi du 0.83 volt da ur molekula disoziazio neutral masa H + eta OH ioiak sartu behar da. Horrela, mintza da gure Element katodoaren espazio azidoa ertain eta anodic alkalino bat onartzen badu, tentsioa bere DEL 0.83 volt, zein kalkulu teoriko lehenago aurkeztutako akordioa onean dago irits daiteke. Tentsio honek bere baitan ioiak sartu eroankortasun handiko espazio bat DES mintza ur disoziazio-ek ematen du.

Fig. 2. diagrama redox erreakzio potentzial

Ur deskonposizio, eta H + ioiak eta OH- hidrogenoa eta oxigenoa sartu.

IF eta Peltier bero (eranskina №2)

"Peltier efektua arrazoia da batez besteko karga eramaile (definitutasuna elektroiak jartzeko) desberdinetako hainbat eroale batean eroankortasun elektrikoa parte hartzen duten ... trantsizioa In conductor batetik energia elektroi bestera edo transmititu gehiegizko potentzia sarera edo energia falta bat osatzeko, bere kontura (Ez dago norabide arabera).

Fig. 3. Peltier efektua harremanetarako metal eta erdieroale n- on: ԐF - Fermi maila; ԐC - eroankortasuna semiconductor bandara hondoan; ԐV - Balentzia banda; I - Egungo norabidea positiboa; geziak zirkulu eskematikoki erakutsi elektroiak.

Lehenengo kasuan kontaktua hurbilean kaleratu da, eta bigarren - deiturikoak xurgatu .. Peltier bero. Adibidez, kontaktu semiconductor on - metal (3 irudia) elektroiak n-mota semiconductor metal (ezker touch) tik pasatzen duten energia the Fermi energia ԐF baino nabarmen handiagoa da. Beraz, oreka termikoa metal gainean urratzen ari dira. Oreka talkak ondorioz berreskuratuko da, eta bertan, thermalized elektroiak, gehiegizko energia kristalinoa emanez. sareta. The semiconductor metal (eskuinean touch) energetikoa elektroi bakarra pasa daitezke, beraz, elektroi metal batean gas hori hoztu. Oreka oszilazio energia kontsumitzen sare banaketa "[2, p zaharberritze On. 552].

metal / p-semiconductor egoera antzekoa da harremanetan. delako p-eroankortasuna semiconductor zuloak ematen bere balentzia-banda hori Fermi mailaren azpitik dago, orduan kontaktua hoztu egingo da, eta bertan, elektroiak p-semiconductor metal bere osotasunean. Peltier bero kaleratu edo bi eroale kontaktua xurgatu, ondorioz negatiboa edo barneko IF of positiboa ekoizteko.

Ezkerreko kontaktu hutsunea (Fig 3.), horren gainean Peltier bero esleipena, elektrolitikoa zelula bat, adibidez, aqueous NaOH irtenbidea (4. irudia) eta metal erdieroaleen eta n-utzi kimikoki inerteak izan da sartzen.

Fig. 4. ezker kontaktu n-semiconductor eta metal zabalik eta elektrolito konponbidearen hutsunea jartzen da. Izendapen den bezala berdinak dira. 3.

Zeren eta orduan korronte «I», n-elektroiak energia altuagoa ere semiconductor iristen irtenbide metal irtenbide irteten baino, gehiegizko energia hori (Peltier beroa) behar ziegan zutik.

zelula bidez egungo The filtrazioen bertan elektrokimikoak erreakzioak kasu bat bakarra izan daiteke. zelula exotermikoa erreakzioa bada, Peltier beroa da zelula kaleratu dira, Gehiago inon ditu joan. zelula erreakzio badu - endotermikoa, Peltier beroa da osorik edo partzialki to the endotermikoa eragina konpentsatzeko, hots, erreakzioa produktu bat osatzeko. Adibide honetan, guztira zelula erreakzioa: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endotermikoa, hain beroa (energia) Peltier du molekula sortzeko eta H2 O2, elektrodoak eratzen dira. Horrela, Peltier beroa eskuin n-harremanetarako erdieroale / metal batean medium hautatu ez dela kaleratu back ingurumena sartu, eta hidrogenoa eta oxigenoa molekulak energia kimikoa forma gordeta lortu dugu. Jakina, kanpoko tentsio iturria funtzionamenduan dago uraren elektrolisiaren kontsumitzen, kasu honetan, elektrodoak berdinaren kasuan baino txikiagoa izango da, ez Peltier efektua agerraldia eragiten ..

elektrodoak propietate edozein izanda ere, elektrolitikoa zelula bera xurgatzen edo beroa sortzen denean Peltier egungo agertutako pasatzen daiteke. The ia-estatiko baldintzak, Gibbs zelulak [4 aldaketa potentziala, p. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, non

Δ H - zelula aldaketa entalpia;

T - tenperatura termodinamikoa:

Δ S - zelula Entropy aldaketa;

Q = - T Δ S - Peltier zelula beroa.

284.5 (kJ / mol) [8, p - hidrogenoa-oxigeno elektrokimikoak T = 298 (K), entalpia ΔHpr = aldaketa zelula bat da. 120], balizko Gibbs aldaketa [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1,23 = - 237.3 (kJ / mol), non

z - molekula bakoitzeko elektroi-kopurua;

F - Faraday etengabea;

E - EMF zelula.

hortaz

Q ave = - T Δ S ave = Δ G etc. - Δ H etc. = - 237,3 + 47,2 = 284,5 (kJ / mol)> 0,

hau hidrogenoa-oxigeno elektrokimikoak zelula beroa sortzen Peltier ingurunean, berriz, bere entropia hobetuz eta honen jaistea. Ondoren, alderantzizko prozesua, ur elektrolisiaren, eta horrek gure adibidean gertatzen den ere, Peltier bero Q mod = - Q ave = - 47,3 (kJ / mol) elektrolito baten egon ingurumena xurgatu egingo da.

Adierazteko P - Peltier bero eskuin n-harremanetarako erdieroale / metal ingurumenarekiko hartutako. Bero P> 0 beharko zelula stand, baina baita Ur deskonposizio zelula endotermikoa erreakzioa (Δ H> 0), Peltier bero P da erreakzioa eragin termiko konpentsatzeko:

Δ G ARR = (Δ H ARR - n) + Q mod                                                                        (1)

Mod Q araberakoa bakarrik elektrolito osaera du, geroztik elektrodo geldoak dituzten elektrolitikoa zelula ezaugarri bat da, eta n da menpeko elektrodo materialak soilik.

Ekuazioa (1) erakusten du Peltier P eta Peltier beroa beroa mod Q, lan erabilgarria produkzioa dira. ie Peltier bero eraman ertain batetik elektrolisia beharrezkoak kanpoko energia-iturri bat kostua murrizten. egoera bat non bero ertain energia-iturri bat lan erabilgarria ekoizteko da, zabalkunde ezaugarria da, baita elektrokimikoak zelula askotan, elementu horien adibide [3, p erakusten dira. 248 - 249].

erreferentziak

1. Gerasimov Ya. I. kimika fisikoaren noski. Tutoretza: unibertsitate For. V 2 t. T.II. - 2. arg .. - M:. Kimika, Mosku, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier efektua. // askea fisikoa. 5 m. T. III batean. Magneto - Poynting teorema. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. kontatzea. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov eta beste batzuk - M:.. Great Russian Entziklopedia, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Kimika Fisikoa. 2 liburuetan. Vol. 1. materiaren egitura. Termodinamika: Proc. eskolak goi egiteko; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev. - 3. arg .. - M:. Goi. wk, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Kimika Fisikoa. 2 liburuetan. Vol. 2. Elektrokimika. Zinetika kimikoa eta katalisi: Proc. eskolak goi egiteko; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 arg., Añorga - M:. Goi. wk, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV fisika ikastaro orokorra. Tutoretza: unibertsitate For. 5 m. T.III. Elektrizitatea. - 4. ed, estereotipoak .. - M: FIZMATLIT:. MIPT etxeko argitaratzeko, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. polimeroen kimika fisikoa. - M:. Kimika, Mosku, 1968 - 536 p.
7. Vetter K. elektrokimikoa zinetika, egilearen errusiar edizio zuzenketak, editatu Corr ek alemaniar hizkuntza batetik itzuli. SESB Zientzien Akademia prof ere. Kolotyrkin YM - M:. Kimika, Mosku, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins Kimika Fisikoa. 2 v. T.I. gero, ingelesezko zientziak kimiko Butin KP medikuaren hizkuntzan itzulitako - M:. Mir, Mosku, 1980. - 580 p.