Useful Wurk troch de waarmte fan 'e Environment

Diel 1. Guon termen en definysjes.

De electromotive krêft (EMF) is yntegraal eksterne krêft fjild diel besteande út in aktueel boarne ... eksterne krêft mei te aktearjen yn electroplating sellen oan de grinzen tusken de electrolyte en de elektroden. Se ek wurkje op de grins tusken twa ûngelyk metalen en bepale it kontakt potinsjaalferskil therebetween [5, p. 193, 191]. Bedrach springt potinsjes op alle oerflak fan it circuit seksje is gelyk oan it potinsjaalferskil tusken de diriginten, leit oan 'e keten einen, en hjit de electromotive krêft emf dirigint sirkwy ... keten besteande út allinnich de diriginten fan de earste soarte is gelyk oan de potinsjele sprong tusken de earste en de lêste dirigint yn direkte kontakt mei harren (Volta wet) ... As de circuit is goed iepen, it emf dit circuit is nul. Om ferbetterje de iepen-circuit dirigint, dêr't op syn minst ien electrolyte, tapassing wet volts ... Fansels, allinne dirigint circuit besteande út op syn minst ien dirigint fan de twadde soarte binne elektrogemyske sellen (of keatlingen elektrogemyske eleminten) [1, p. 490 - 491].

Polyelectrolytes wurde polymearen steat fan dissociating yn ioanen in oplossing, dus yn deselde macromolecule, in grut oantal weromkommende ladingen ... crosslinked polyelectrolytes (ion exchangers, ion-Exchange hars) net oplosse, allinne swell, wylst behâld fan de mooglikheid om dissociate [6, p. 320 - 321]. Polyelectrolytes dissociate yn negatyf laden macroion en H + ioanen wurde neamd polyacids en dissociates yn posityf rekken ioanen en OH- macroion neamd poliosnovaniyami.

Donnan equilibrium potinsje is de potinsjele ferskil dat optreedt by de faze grins tusken de twa electrolytes as dizze grins is net permeable foar alle ioanen. Impermeability grinzen foar guon ioanen meie wurde feroarsake, bygelyks, de oanwêzigens fan membranen mei hiel smelle poarjes dy't ûnbegeanber foar dieltsjes boppe in bepaalde grutte. Selektyf permeability fan de ynterface oppenearret en as alle ioanen sa sterk ferbûn oan ien fan de fazen dy't ferlitte it algemien kin net. Krekt gedrage ioanyske ion útwikseling Resins, of ion-exchange groep fêste homopolar bining yn de molekulêre lattice of matrix. De oplossing, dat binnen sokke matrices foarmen tegearre mei ien faze; oplossing, leit bûten, - de twadde [7. 77].

De elektryske dûbele laach (EDL) wurdt foarkommend by de ynterface fan de twa fazen set fan oppositely beladen lagen ôffierd op in beskate ôfstân fan elkoar [7. 96].

Peltier effekt dit isolemint of opname fan waarmte by it kontakt fan twa ferskillende diriginten ôfhinklik op 'e rjochting fan de elektryske stroom streamt troch it kontakt [2, p. 552].

Diel 2: Mei help fan de waarmte medium yn de electrolysis fan wetter.

Tink oan it mechanisme fan oerienkomst mei de sirkwy fan de elektrogemyske sel (hjirnei elemint), werjûn schematically yn Fig. 1, mear emf fanwege de ynterne kontakt potinsjaalferskil (PKK) en it effekt fan Donnan (koarte beskriuwing fan it wêzen fan 'e Donnan effekt, ynterne PKK en ferbûn Peltier waarmte wurdt foarsjoen yn it tredde part fan it artikel).

Fig. 1. Skematyske werjefte fan in elektrogemyske sel: 1 - de cathode wurdt kontakt mei in oplossing fan 3, it elektrogemyske reduksje reaksje fan de electrolyte fêststelling komme op syn oerflak, makke fan in Kanuunat inerte swier doped n-semiconductor. In part fan de cathode ferbine it oan in eksterne spanning boarne, metallized; 2 - De anode wurdt kontakt mei in oplossing fan 4, op it oerflak dêrfan foarkomme elektrogemyske oksidaasjereaksje fan it electrolyte Erikoislinnut, makke fan Kanuunat inerte swier doped p-semiconductor. In part fan de anode ferbine it oan in eksterne spanning boarne, metallized; 3 - cathode romte, polyelectrolyte oplossing, dissociating yn wetter by macroion r- negatyf laden en posityf rekken counterions lytse K + (yn it hjoeddeiske foarbyld is it hydrogen ion H +); 4 - anode compartment polyelectrolyte oplossing yn wetter dissociating yn posityf belêste macroion R + en negatyf laden counterions lytse A- (yn dizze bygelyks it hydroxide ioanen OH-); 5 - de membraan (mulruft), is impermeable foar macromolecules (macroion) polyelectrolytes, mar hielendal permeable foar lytse counterions K +, A- en wetter molekulen dielde romte 3 en 4; Evnesh - in ekstern spanning boarne.

EMF by Donnan effekt

Foar de dúdlikens, de electrolyte fan de cathode romte (. 3, figuer 1) is selektearre aqueous polyacid oplossing (R-H +), de electrolyte en de anode compartment (4, Fig 1.) - aqueous poliosnovaniya (R + OH-). As gefolch fan dissociation polyacids yn de cathode compartment, tichtby it oerflak fan 'e cathode (1, Fig. 1) is der in ferhege konsintraasje fan H + ioanen. Positive lading net yn de buert fan it cathode oerflak is net kompensearre negatyf laden macroions R-, sûnt se kinne der net komme ticht by it oerflak fan 'e cathode fanwege har grutte en de oanwêzigens fan in posityf rekken ioanyske sfear (foar details sjen. Beskriuwing Donnan effekt yn taheakke №1 fan it tredde part fan it artikel). Sa, de grins laach fan in oplossing direkt yn kontakt mei de cathode oerflak hat in positive lading hat. As gefolch, in Electrostatic induction op 'e cathode oerflak, oaniensletten mei de oplossing, der is in negative lading fan it conduction elektroanen. ie by de ynterface tusken de cathode oerflak en DES oplossing optreedt. Mêd fan de DES triuwt elektroanen út de cathode - oan de oplossing.

Sa ek op de anode (2, Fig. 1), de grins laach fan 'e oplossing yn it anode compartment (4, Fig. 1) streekrjocht yn kontakt mei de anode oerflak hat in negative lading, en op' e anode oerflak, oaniensletten mei de oplossing, der is in positive lading hat. ie by de ynterface tusken de anode oerflak en de oplossing komt ek foar DES. Mêd fan de DES triuwt elektroanen út de oplossing - een anode.

Sa, it fjild fan DES oan de ynterfaces fan de cathode en anode mei de oplossing, stipe termyske oplossing ion caprice, binne twa ynterne emf boarne, hanneljend yn konsert mei in eksterne boarne, i.e., triuwe de negative ladingen yn de loop tsjin de klok.

Dissociation poliosnovaniya polyacids en ek feroarsaket termyske caprice fia it membraan (5, figuer 1). H + ioanen út de cathodic romte - oan 'e anode, en OH- ioanen út de anode Fach - een cathode. Macroion R + en R- polyelectrolytes kin net bewege troch it membraan, sa is it út 'e cathode romte is der in oerskot negative lading, en út' e anodic romte - in oerfloed positive lading, i.e., der is in oare DPP gefolch fan de Donnan effekt. Sa, it membraan ek komt binnen de emf, hanneljend yn konsert mei in eksterne boarne fan waarmte caprice en hellen de oplossing fan de ioanen.

Yn ús foarbyld, de spanning oer de membraan kin berikke 0.83 volts, lykas dat oerienkomt mei in feroaring yn de potinsje fan de standert hydrogen elektrodes út - 0.83 oant 0 volts by de oergong fan de alkaline medium yn de anode compartment de cathode compartment soere omjouwing. Foar details, sjoch. Yn taheakke №1 fan it tredde part fan it artikel.

EMF PKK fan binnenút

The Element emf It komt foar, ûnder oaren yn it kontakt semiconductor anode en cathode oan harren metalen ûnderdielen yn tsjinst te ferbinen de eksterne spanning boarne. dit emf fanwege ynterne PKK. Ynterne IF net oanmeitsje, yn tsjinstelling ta de eksterne fjild yn 'e romte om de kontaktpersoan diriginten, i.e. It hat gjin ynfloed op de moasje fan laden dieltsjes bûten de diriginten. Construction n-semiconductor / metal / p-semiconductor is genôch bekend en wurdt brûkt, bygelyks, in thermoelectric Peltier module. De omfang fan de emf sa'n struktuer by keamertemperatuer kin berikke wearden fan 'e folchoarder fan 0,4 - 0,6 Volt [5, p. 459; 2, p. 552]. Fjilden yn kontakten wurde regy op sa'n manier dat se triuwe elektroanen tsjin yn 'e loop, i.e. Act yn konsert mei de eksterne boarne. De elektroanen ferheegje de enerzjy nivo fan it medium absorbing 'e waarmte fan de Peltier.

Ynterne IF dy't as gefolch fan de útwreidingen fan elektroanen yn de kontakt gebieten fan 'e elektroden en de oplossing, krekt oarsom, triuwt elektroanen yn' e klok rjochting yn de luds. ie de moasje fan de elektroanen yn de Element graden tsjin de klok yn dizze kontakten moatte wurde tawiisd Peltier waarmte. mar omdat de oerdracht fan de elektroanen út de cathode yn de oplossing en fan 'e oplossing yn it anode wurdt needsaaklikerwize beselskippe troch in endothermic reaksje opwekjen fan wetterstof en soerstof, de waarmte fan' e Peltier wurdt net frijlitten yn it medium, en is te ferminderjen de endothermic effekt, i.e. lykas "conserved" yn de enthalpy fan de foarming fan wetterstof en soerstof. Foar details, sjoch. Yn bylage №2 it tredde part fan it artikel.

dragers (elektroanen en ioanen) bewege yn Element circuit net sletten paden, gjin kosten yn it elemint is net beweecht yn in sletten sirkwy. Elts elektron anode krije by de oplossing (yn 'e rin fan oksidaasje fan OH- ioanen oan soerstof molekulen), en teach troch in eksterne omgong oer it cathode, wurdt volatilized tegearre mei wetterstof molekulen (yn it proses fan herstel fan ioanen H +). Allyksa ioanen OH- en H + net bewege yn in sletten sirkwy, mar allinnich oan 'e korrespondearjende elektrodes, en dan evaporate yn' e foarm fan molekulêre wetterstof en soerstof. ie en de ioanen en elektroanen elk it ferpleatsen yn syn omjouwing op it accelerating mêd fan DES, en de ein fan it paad, doe't se berikke it oerflak fan 'e elektrodes wurde kombinearre yn it molekúl, it omsette fan it hiele opslein enerzjy - de enerzjy fan in gemyske bining, en út' e loop!

Alle fan de ynterne boarnen fan emf Element, ferlytsje kostet eksterne boarne foar wetter electrolysis. Sa, de waarmte fan 'e ambient absorbing eleminten yn syn operaasje te behâlden útwreidingen fan DES, is it ferminderjen fan de kosten fan' e eksterne boarne, i.e., It fergruttet it electrolysis effisjinsje.

Electrolysis fan wetter sûnder eksterne boarne.

By it beoardieljen fan de prosessen orkanen yn it elemint oanjûn yn Fig. 1, in eksterne boarne parameters binne gjin rekken holden. Stel dat de ynterne ferset is gelyk te rd en in spanning fan 0. Dat Evnesh Elemint elektroden wurde shorted oan in passive load (sjoch Fig. 5). Yn dit gefal, de rjochting en omfang fan DES fjilden dy't folgje op de ynterface yn 'e eleminten bliuwe itselde.

Fig. 5. Yn stee dêrfan Evnesh (Fig. 1) ynklusyf passive lading RL.

Bepale de betingsten fan de spontane besteande stream yn dizze elemint. It feroarjen fan de Gibbs mooglikheden, neffens de formule (1) fan Taheakke №1 fan it tredde part fan it artikel:

Δ G arr = (Δ H arr - n) + Q mod

As P> Δ H + Q mod mod = 284,5 - 47.2 = 237.3 (kJ / mol) = 1.23 (eV / molecule)

de Δ G arr <0 en spontaan proses mooglik is.

Wy sille beskôgje fierder dat eleminten hydrogen generaasje reaksje plakfynt yn in soere medium (elektrodes potinsje fan 0 volts), en soerstof yn in alkaline (elektrodes potinsje fan 0,4 volt). Sokke elektrodes potinsjes jout in membraan (5, Fig. 5), de spanning op dy't dit moat wêze 0.83 volts. ie de enerzjy nedich foar de foarming fan wetterstof en soerstof wurdt fermindere troch 0.83 (eV / molecule). Dan de tastân fan 'e mooglikheid fan spontane proses sil:

P> 1.23 - 0.83 = 0.4 (eV / molecule) = 77.2 (kJ / mol) (2)

Wy fine dat de enerzjy barriêre fan de wetterstof en soerstof molekulen avoidable en sûnder mei in ekstern spanning boarne. ie sels at n = 0,4 (eV / molecule), i.e. doe't it binnenste elektrodes HPDC 0,4 volts, elemint sil wêze yn in tastân fan dynamysk lykwicht, en eltse (sels lytse) feroaring fan it lykwicht betingsten sille feroarsaakje de hjoeddeiske yn 'e rûnte.

In oare behindering foar de reaksjes by de elektroden is it aktivearjen enerzjy, mar it is útskeakele troch de tunnel effekt, fuortkomme as gefolch fan de smallness fan it gat tusken de elektroden en de oplossing [7, p. 147-149].

Sa, oan 'e basis fan enerzjy oerwagings, wy konkludearje dat spontane stroom yn it elemint oanjûn yn Fig. 5, is it mooglik. Mar wat fysike redenen kinne feroarsaakje dizze aktuele? Dy reden binne hjirunder:

1. De kâns op oergong fan elektroanen út de cathode yn de oplossing heger as de kâns op oergong fan 'e anode yn de oplossing, sûnt n-semiconductor cathode hat in soad frije elektroanen mei in hege enerzjy nivo, en de P-semiconductor anode - allinne "gatten", en dy "gatten" binne op in enerzjylabel nivo ûnder de cathode elektroanen;

2. It membraan wurdt stipe yn de cathode romte fan in soere omjouwing, en yn it anode - alkaline. Yn it gefal fan inerte elektroden, dit liedt ta it feit dat in cathode elektrodes potinsje wurdt grutter as de anode. Dus, elektroanen moatte bewege troch in eksterne sirkwy fan de anode nei it cathode;

3. It oerflak lading fan it polyelectrolyte oplossingen dy't fanwege it Donnan effekt, skept by de elektrodes / oplossing fjild sa, dat it fjild by de cathode befoarderet elektron opbringst út de cathode yn de oplossing, en it fjild by de anode - elektron yntocht yn 'e anode út de oplossing;

4. lykwicht foarút en reverse reaksjes by de elektroden (útwikseling streamingen) bias nei H + ioanen direkte ferleging reaksjes op de cathode en oksidaasje fan OH- ioanen op de anode, sûnt se wurde begelaat troch de foarming fan gas (H2 en O2) steat fan maklik leaving reaksje zone (Le Chatelier syn Principle).

Experiments.

Foar kwantitative evaluaasje fan de spanning oer de lading troch de Donnan effekt, in eksperimint waard útfierd wêryn de cathode Element bestie út de aktivearre koalstof mei de uterlike grafyt elektrodes en in anode - in griemmank fan aktivearre koalstof en anion hars AB-17-8 mei de bûtenste grafyt elektrodes. Electrolyte - aqueous NaOH oplossing, anode en cathode romten wurde skieden troch in syntetyske filt. Op iepen eksterne elektroden fan dit elemint hie in spanning fan sa'n 50 mV. Wannear't ferbûn oan in elemint fan 'e eksterne load 10 ohm fêst hjoeddeistige fan likernôch 500 microamps. Doe't de ambient temperatuer tanimt fan 20 oant 30 0C spanning oan 'e eksterne elektrodes ferhege oant 54 mV. It fergrutsjen fan de spanning by de ambient temperatuer befêstiget dat de boarne fan emf is útwreidingen, i.e. termyske beweging fan de dieltsjes.

Foar kwantitative evaluaasje fan de spanning oer de lading út it binnenste HPDC metalen / semiconductor eksperimint waard útfierd wêryn de sel cathode bestiet út syntetyske grafyt poeier mei de uterlike grafyt elektrodes en in anode - een poeder fan boron carbid (B4C, p-semiconductor) mei it bûtenste grafyt elektrodes. Electrolyte - aqueous NaOH oplossing, anode en cathode romten wurde skieden troch in syntetyske filt. Op iepen eksterne elektroden fan it elemint spanning wie likernôch 150 mV. By it ferbinen fan de eksterne lading oan it elemint 50 kOhm voltage sakke nei 35 mV., Sa'n in sterke spanning drip fanwege de lege yntrinsike boron carbid en, as gefolch, in hege ynterne ferset Element. Undersyk nei voltage fersus temperatuer foar in elemint fan sa'n struktuer wurdt net útfierd. Dat komt troch it feit dat, foar in semiconductor, ôfhinklik fan syn gemyske gearstalling, mjitte fan doping en oare eigenskippen, de temperatuer feroaring yn ferskillende wizen kinne ynfloed op syn Fermi nivo. ie temperatuer effekt op emf Element (stiging of in delgong), yn dit gefal hinget ôf fan de brûkte materialen, dus dit is gjin yndikatyf eksperimint.

Op dit punt is it bleau in oar eksperimint dêr't sel cathode wurdt makke fan in mingsel fan aktivearre koalstof poeier en KU-2-8 mei de bûtenste RVS elektrodes en de anode út in mingsel fan aktivearre koalstof poeier en anion hars AB-17-8 nei de eksterne elektrodes út waarfêst stiel. Electrolyte - aqueous oplossing fan NaCl, de anode en cathode romten wurde skieden troch in syntetyske fielde. Eksterne elektroden fan dit elemint mei oktober 2011 binne steat om koarte-circuit de passive ammeter. Aktuele werjûn in ammeter, oer in dei nei beurt, sakke troch 1 mA - oant 100 MKa (dat is blykber te tankjen oan de polarisaasje fan 'e elektroden), en sûnt doe mear as in jier net feroarje.

Yn praktyske eksperiminten hjirboppe beskreaun yn ferbining mei de effektiver materialen inaccessibility ferkrigen resultaten yngripend leger as teoretysk mooglik. Dêrneist wurde bewust dat diel fan 'e totale ynterne emf Element altyd ferbrûkt foar it behâld fan de elektrodes reaksje (de produksje fan wetterstof en soerstof) en kin net metten yn de eksterne sirkwy.

Konklúzje.

Summing omheech, kinne wy konkludearje dat de natoer lit ús te bekearen termyske enerzjy yn brûkbere enerzjy of it wurk, wylst mei help as in "kachel" miljeu en net hawwen fan in "kuolkast". Sa Donnan effekt en ynterne IF bekearde termyske enerzjy fan de laden dieltsjes op it elektrysk fjild enerzjy DEL as de endothermic reaksje waarmte wurdt omboud ta gemyske enerzjy.

Beskôge kontakt elemint verbruikt waarmte út it medium en wetter, en allocates elektryske krêft, wetterstof en soerstof! Boppedat is it proses fan it enerzjyferbrûk en it brûken fan wetterstof as brânstof, en it wetter jout werom oan de waarmte medium!

Diel 3 fan de bylage.

Dit diel wurdt fierder besprutsen Donnan lykwicht effekt, op 'e krusing fan' e binnenste HPDC metaal / semiconductor en Peltier waarmte op GarCapello reaksjes en elektrodes potinsjes op it elemint.

Donnan potinsjele (bijlage №1)

Tink oan it mechanisme fan foarkommen fan Donnan mooglikheden foar polyelectrolyte. Nei dissociation polyelectrolyte counterions begjinne syn lytse, troch caprice, it ferlitten fan it folume beset troch de macromolecule. Directional útwreidingen fan counterions fan lytse folume polyelectrolyte macromolecules yn de solvent komt troch ferhege konsintraasje yn it meastepart fan 'e macromolecule as fergelike mei de rest fan' e oplossing. Fierder, as, bygelyks, lytse counterions wurde negatyf laden, dat resultearret yn dat de ynderlike part fan de macromolecule wurde posityf rekken brocht, en de oplossing is fuortendaliks grinzet oan it folume fan de macromolecule - negatyf. ie om in posityf belêste macroion volume, is der in soarte fan "ion sfear" fan 'e lytse counter-ioanen - negatyf laden. Beëiniging ioanyske sfear lading groei optreedt as de Electrostatic fjild tusken de ion folume macroion sfear en balances de termyske útwreidingen fan lytse counterions. De resultearjende equilibrium potinsjele ferskil tusken de sfear en de Ioanyske macroions is Donnan potinsje. Donnan potinsjeel wurdt ek oantsjutten as membraan potinsjeel, omdat in fergelykbere situaasje plakfynt op in semipermeable membraan, bygelyks, as it skiedt de electrolyte oplossing dy't hat ioanen fan twa soarten - by steat en net by steat de Passing therethrough fan it suver solvent.

Donnan potinsjele kin beskôge wurde as in beheining gefal fan 'e caprice mooglikheden, doe't de mobiliteit fan ien fan de ioanen (yn dit gefal macroion) is nul. Dan, neffens [1, p. 535], nimme lieding oanrjocht lyk oan ien:

E d = (RT / F) Ln ( A1 / A2), dêr't

Ed - Donnan potinsjele;

R - universal gas konstante;

T - termodynamyske temperatuer;

F - Faraday konstante;

a1, a2 - counter-aktiviteit yn it kontakt fazen.

Yn dit lid, wêrby't it membraan skiedet poliosnovaniya oplossings (pH = Lg a 1 = 14) en polyacid (pH = Lg a 2 = 0), Donnan mooglikheden oer de membraan by keamertemperatuer (T = 300 0 K) soe wêze:

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

Donnan potinsjele tanimt yn direkte ferhâlding ta temperatuer. Foar útwreidingen fan it elektrogemyske sel Peltier waarmte is de ienige boarne foar de produksje fan nuttich wurk, is it net nuver dat sokke eleminten EMF ferheget mei tanimmende temperatuer. Yn útwreidingen sel foar de produksje fan wurk, Peltier waarmte wurdt altyd nommen út 'e omjouwing. Wannear't hjoeddeistige streamt troch de EDL foarme Donnan effekt, yn in rjochting tagelyk mei de positive rjochting fan it fjild fan DES (i.e., doe't it gebiet fan DES docht positive wurk), waarmte is opnomd út de omjouwing foar de produksje fan dit papier.

Mar yn 'e caprice elemint is in trochgeande en unidirectional feroaring yn de konsintraasje fan ioanen, wat úteinlik liedt ta equalization de latte hinne en stopje rjochte caprice, oars as lykwicht Donnan, dêr't, yn it gefal fan foarkommen fan kwasy-statyske current, ion konsintraasje, ien kear it berikken fan in beskate wearde, bliuwt net feroare .

Fig. 2 toant in skema fan de GarCapello potinsjes fan de reaksjes fan wetterstof en soerstof doe't it wizigjen fan it acidity fan 'e oplossing. De grafyk lit sjen dat de elektrodes potinsje fan de soerstof formaasje reaksje by it ûntbrekken fan OH- ioanen (1.23 volts yn in soere omjouwing) is oars út deselde mooglikheden op hege konsintraasje (0,4 volts yn in alkaline medium) op 0.83 volts. Sa ek it elektrodes potinsjeel fan wetterstof-foarmjen reaksje by it ûntbrekken fan H + (-0.83 volts yn alkaline medium) is oars út deselde mooglikheden op hege konsintraasje (0 V yn in soere medium), ek at 0.83 volts [4. 66-67]. ie evidint dat 0.83 volts is nedich om te krijen in hege konsintraasje fan wetter yn de oanbelangjende ioanen. Dat betsjut dat 0.83 volts is nedich foar in massa fan neutraal dissociation fan wetter molekulen yn H + en OH- ioanen. Sa, as it membraan wurdt stipe yn ús elemint cathode romte soere medium en yn in alkaline anodic, de spanning kin berikke har DEL 0.83 volts, dat is yn goed oerlis mei de teoretyske berekkeningen presintearre earder. Dit voltage jout in hege conductivity romte DES membraan troch Wetterdissosjaasje yn ioanen binnen it.

Fig. 2. Grafyk GarCapello reaksje potinsjes

ûntleden fan wetter, en H + ioanen en OH- yn wetterstof en soerstof.

IF and Peltier heat (bijlage №2)

"De oarsaak fan it Peltier effekt is dat de gemiddelde enerzjy fan de heffing dragers (foar definiteness elektroanen) belutsen by de elektryske conductivity yn ferskate diriginten fan ferskillende ... Yn de oergong fan de iene dirigint yn in oar elektron of zenden tefolle macht rooster of oan te foljen in gebrek oan enerzjy op syn kosten (ôfhinklik op aktive rjochting).

Fig. 3. De Peltier effekt op de kontaktpersoan metaal en de semiconductor n-: ԐF - Fermi nivo; ԐC - de boaiem fan 'e conduction band fan' e semiconductor; ԐV - Pommier band; I - posityf rjochting fan current; rûnten mei pylken werjûn schematically elektroanen.

Yn it earste gefal tichtby de kontaktpersoan wurdt útbrocht, en de twadde - de saneamde opfongen .. Peltier waarmte. Bygelyks, op it kontakt semiconductor - metaal (Bild 3) de enerzjy fan de elektroanen dy't foarby út de n-type semiconductor oan metaal (lofts touch) is signifikant heger as de Fermi enerzjy ԐF. Dêrom, se binne striid binne mei de termyske lykwicht yn de metaal. Equilibrium wurdt restaurearre as gefolch fan collisions, wêryn thermalized elektroanen, jaan tefolle enerzjy kristallijn. grid. De semiconductor metaal (rjochts touch) kin foarby allinnich it meast enerzjike elektroanen, sadat elektron gas yn 'e metaal koelt. Op restauraasje fan it lykwicht ferdieling fan oscillation enerzjy ferbrûkt lattice "[2, p. 552].

Om kontakt op mei de metalen / p-semiconductor situaasje is fergelykber. om't p-conductivity semiconductor gatten jouwe har Valence band dat is ûnder it Fermi nivo, dan it kontakt wurdt ûnderkuolle, wêrby't elektroanen folgje út de p-semiconductor nei it metaal. Peltier waarmte útbrocht of absorbearre troch it kontakt fan twa diriginten, fanwege de produksje fan negatyf of posityf fan de ynterne IF.

Opnaam yn de linker kontakt gat (Fig. 3), dêr't de Peltier waarmte ferdielkaai, in electrolytic sel, bygelyks, aqueous NaOH oplossing (Bild 4) en metaal semiconductor en n-lit it wêze Kanuunat inerte.

Fig. 4. It lofter kontakt n-semiconductor en it metaal is iepen en pleatst yn it gat fan 'e electrolyte oplossing. Designations binne itselde as yn Fig. 3.

Omdat, doe't hjoeddeistige streamings «ik», de semiconductor of n-elektroanen in hegere enerzjy arrive oplossing dan komst út oplossing yn 'e metaal, dit tefolle enerzjy (waarmte fan Peltier) moat stean yn' e sel.

De aktuele troch de sel kin allinne in saak fan de lekkage dêryn elektrogemyske reaksjes. As de exothermic reaksje yn 'e sel, de Peltier waarmte wurdt útbrocht yn' e sel, lykas mear se hat nearne te gean. As de reaksje yn 'e sel - endothermic, de Peltier waarmte is hielendal of foar in part te kompensearjen foar de endothermic effekt, dat wol sizze, te foarmje in reaksje produkt. Yn dit foarbyld, de totale sel reaksje: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endothermic, sadat de waarmte (enerzjy) fan de Peltier is te meitsjen molekulen en H2 O2, wurde foarme op 'e elektroden. Sa, wy krije dat de waarmte fan de Peltier selektearre yn medium yn de rjochter n-contact semiconductor / metaal is net útbrocht werom yn de omjouwing, en is opslein yn de foarm fan gemyske enerzjy fan wetterstof en soerstof molekulen. Fansels, de wurking fan 'e eksterne spanning boarne is ferbrûkt foar it electrolysis fan wetter, yn dit gefal sil wêze lytser as yn it gefal fan identike elektroden, wêrtroch't gjin oerienkomst mei de Peltier effekt ..

Los fan 'e eigenskippen fan' e elektroden, de electrolytic sel sels kinne opfange of generearje waarmte doe't troch de Peltier hjoeddeistige dêrby. De kwasy-statyske omstannichheden, de potinsjele feroaring fan de Gibbs sellen [4, p. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, wêr

Δ H - enthalpy feroaring fan 'e sel;

T - termodynamyske temperatuer;

Δ S - feroaring yn de entropy fan de sel;

Q = - T Δ S - waarmte fan de Peltier sel.

Foar in hydrogen-soerstof elektrogemyske cell by T = 298 (K), de feroaring yn enthalpy ΔHpr = - 284.5 (kJ / mol) [8, p. 120], de feroaring yn de Gibbs potinsjele [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1.23 = - 237.3 (kJ / mol), dêr't

z - oantal elektroanen per molecule;

F - Faraday konstante;

E - emf sel.

dêrom

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

ie wetterstof-soerstof elektrogemyske sel generearret waarmte yn de Peltier omjouwing, wylst ferbetterjen fan syn entropy en fernedering har. Dan, yn de ynverze proses, de electrolysis fan wetter, dat is it gefal yn ús foarbyld, Peltier waarmte Q mod = - Q ave = - 47.3 (kJ / mol) fan 'e electrolyte sil wurde opheind út' e omjouwing.

Denote P - Peltier waarmte nommen út de omjouwing yn 'e rjochter n-contact semiconductor / metaal. De waarmte P> 0 moatte stean yn 'e sel, mar omdat ûntleden fan wetter yn de sel endothermic reaksje (Δ H> 0), de Peltier waarmte P is as kompensaasje foar de termyske effekt fan de reaksje:

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

Mod Q hinget allinne op 'e gearstalling fan' e electrolyte, sûnt It is in karakteristyk fan it electrolytic sel mei inerte elektroden, en n is ôfhinklik allinnich op 'e elektrodes materialen.

Fergeliking (1) docht bliken dat de waarmte fan de Peltier P en Peltier verwarmen mod Q, binne de produksje fan nuttich wurk. ie Peltier waarmte weinommen út it medium ferminderet de kosten fan in eksterne krêft boarne nedich foar electrolysis. In situaasje dêr't de waarmte medium is in boarne fan enerzjy foar de produksje fan nuttich wurk, is karakteristyk foar caprice, likegoed as foar in protte elektrogemyske sellen, foarbylden fan sokke eleminten wurde toand yn [3, p. 248 - 249].

ferwizings

1. Gerasimov Ya. I. rin fan de fysike skiekunde. Tutorial: Foar universiteiten. V 2 t. T.II. - 2e ed .. - M.: Skiekunde, Moskou, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier effekt. // Physical ensyklopedy. Yn 5 m. T. III. Magneto - Poynting stelling. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. telle. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov en oaren -. M.: Great Russysk ensyklopedy, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Physical Chemistry. Yn 2 boeken. Vol. 1. Lêswizer of Matter. Termodynamika: Proc. foar hege skoallen; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. 3rd ed .. - M.: Heger. wk, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Physical Chemistry. Yn 2 boeken. Vol. 2. electrochemistry. Gemyske kinetics en catalysis: Proc. foar hege skoallen; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Ds - M.: Heger. wk, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV algemiene rin fan de natuerkunde. Tutorial: Foar universiteiten. Yn 5 m. T.III. Elektrisiteit. - 4e ed, stereotypen .. - M.: FIZMATLIT; Útjouwerij fan de MIPT, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. Physical gemy fan polymearen. - M.: Skiekunde, Moskou, 1968. - 536 p.
7. Vetter K. elektrogemyske kinetics, oerset út it Dútske taal mei de skriuwer syn amendeminten oan 'e Russyske edysje, bewurke troch Corr. USSR Academy of Sciences prof. kolotyrkin YM - M.: Skiekunde, Moskou, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins Physical Chemistry. Yn 2 v. T.I., oerset út it Ingelske taal fan 'e dokter fan gemyske sciences Butin KP - M.: Mir, Moskou, 1980. - 580 p.