Kerja berguna oleh haba Alam Sekitar

Bahagian 1. Beberapa istilah dan definisi.

The daya gerak elektrik (dge) adalah penting luaran bahagian medan daya yang terdiri daripada sumber semasa ... daya luar yang bertindak penyaduran sel-sel pada sempadan antara elektrolit dan elektrod. Mereka juga beroperasi di sempadan antara dua logam yang berlainan dan menentukan hubungan potensi perbezaan therebetween [5, p. 193, 191]. Jumlah melompat potensi pada semua permukaan seksyen litar adalah sama dengan beza keupayaan antara konduktor, yang terletak di ujung rantai, dan dipanggil daya emf konduktor litar elektrik ... rantaian hanya terdiri daripada konduktor dari jenis yang pertama adalah sama dengan melompat keupayaan antara yang pertama dan konduktor terakhir dalam terus menghubungi mereka (undang-undang Volta) ... Jika litar adalah betul terbuka, emf litar ini adalah sifar. Untuk membetulkan konduktor litar terbuka, termasuk sekurang-kurangnya satu elektrolit, volt undang-undang ... Jelas sekali, hanya litar konduktor yang terdiri daripada sekurang-kurangnya satu konduktor dari jenis yang kedua adalah sel elektrokimia (atau rantaian unsur elektrokimia) [1, p. 490-491].

Polyelectrolytes adalah polimer mampu menjauhkan menjadi ion dalam larutan, oleh itu dalam makromolekul yang sama, sebilangan besar caj ... polyelectrolytes silang (penukar ion, berulang resin pertukaran ion) tidak larut, hanya membengkak, manakala mengekalkan keupayaan untuk memisahkan [6, p. 320-321]. Polyelectrolytes bercerai menjadi bercas negatif macroion dan H + ion dipanggil polyacids dan bercerai kepada ion bercas positif dan OH- macroion dipanggil poliosnovaniyami.

Donnan berpotensi keseimbangan perbezaan potensi yang berlaku di sempadan fasa antara kedua-dua elektrolit jika had ini tidak telap kepada semua ion. had impermeability untuk beberapa ion mungkin disebabkan, sebagai contoh, kehadiran membran dengan liang yang sangat sempit yang dilalui untuk zarah yang melebihi saiz tertentu. kebolehtelapan terpilih antara muka berlaku dan jika ada ion begitu kuat dikaitkan dengan salah satu fasa yang meninggalkan ia secara amnya tidak boleh. Tepat berkelakuan ionik resin pertukaran ion, atau kumpulan ion pertukaran tetap bon homopolar dalam kekisi molekul atau matriks. penyelesaian, berada di dalam matriks borang itu bersama-sama dengan ia satu fasa; penyelesaian, yang terletak di luar, - kedua [7. 77].

Lapisan double elektrik (EDL) yang berlaku pada antara muka dua fasa set lapisan bercas berlawanan dilupuskan pada jarak tertentu antara satu sama lain [7. 96].

Peltier melaksanakan pengasingan ini atau penyerapan haba pada hubungan dua konduktor yang berbeza bergantung kepada arah arus elektrik yang mengalir melalui hubungan [2, p. 552].

Bahagian 2: Menggunakan medium haba dalam elektrolisis air.

Pertimbangkan mekanisme berlakunya litar sel elektrokimia (unsur selepas ini), ditunjukkan secara skema dalam Rajah. 1, lebih emf disebabkan oleh kenalan dalaman beza keupayaan (PKK) dan kesan Donnan (penerangan ringkas intipati kesan Donnan itu, PKK dalaman dan haba Peltier berkaitan disediakan di bahagian ketiga artikel).

Ara. 1. Perwakilan skematik sel elektrokimia 1 - katod dihubungi dengan larutan 3, tindak balas pengurangan elektrokimia kation elektrolit berlaku pada permukaannya, diperbuat daripada lengai secara kimia banyak didopkan n-semikonduktor. Sebahagian daripada katod menyambungkannya kepada sumber voltan luaran, metallized; 2 - anod dihubungi dengan larutan 4, di permukaan daripadanya berlaku tindak balas pengoksidaan elektrokimia anion elektrolit, diperbuat daripada lengai secara kimia banyak didopkan p-semikonduktor. Sebahagian daripada anod menyambungkannya kepada sumber voltan luaran, metallized; 3 - ruang katod, penyelesaian polyelectrolyte, menjauhkan di dalam air pada macroion R- bercas negatif dan bercas positif counterions K kecil + (dalam contoh ini adalah ion hidrogen H +); 4 - anod penyelesaian petak polyelectrolyte dalam air memisahkan ke dalam macroion R bercas positif + dan bercas negatif counterions A- kecil (dalam contoh ini hidroksida ion OH-); 5 - membran (diafragma), adalah tidak telap kepada makromolekul (macroion) polyelectrolytes, tetapi benar-benar telap kepada counterions kecil K +, A- dan molekul air ruang kongsi 3 dan 4; Evnesh - sumber voltan luaran.

emf oleh kesan Donnan

Untuk kejelasan, elektrolit ruang katod (. 3, Rajah 1) dipilih larutan akueus polyacid (R-H +), elektrolit dan petak anod (4, Rajah 1.) - poliosnovaniya akueus (R + OH-). Hasil daripada polyacids penceraian dalam ruang katod, berhampiran permukaan katod (1, Gamb. 1), terdapat peningkatan kepekatan H + ion. caj positif yang terdapat dalam persekitaran permukaan katod tidak pampasan bercas negatif macroions R-, kerana mereka tidak boleh datang dekat dengan permukaan katod kerana saiz dan kehadiran suasana ionik yang bercas positif (untuk maklumat lanjut lihat. Penerangan kesan Donnan dalam Lampiran №1 bahagian ketiga artikel). Oleh itu, lapisan sempadan bagi penyelesaian secara langsung dalam hubungan dengan permukaan katod mempunyai cas positif. Hasilnya, induksi elektrostatik pada permukaan katod, berdampingan dengan penyelesaian, terdapat cas negatif elektron konduksi. ie pada antara muka antara permukaan katod dan penyelesaian DES berlaku. Bidang DES menolak elektron daripada katod - untuk penyelesaian.

Begitu juga, pada anod (2, Gamb. 1), lapisan sempadan larutan dalam petak anod (4, Gamb. 1) secara langsung dalam hubungan dengan permukaan anod mempunyai cas negatif, dan pada permukaan anod, berdampingan dengan penyelesaian, terdapat caj positif. ie pada antara muka antara permukaan anod dan penyelesaian juga berlaku DES. Bidang DES menolak elektron daripada penyelesaian - anod a.

Oleh itu, bidang DES pada antara muka daripada katod dan anod dengan penyelesaian, disokong terma penyelesaian ion penyebaran, dua sumber emf dalaman, yang bertindak bersama dengan sumber luaran, iaitu, menolak tuduhan negatif dalam gelung lawan jam.

polyacids penceraian poliosnovaniya dan juga menyebabkan penyebaran haba melalui membran (5, Rajah 1) H + ion dari ruang katod -. untuk anod, dan ion OH- dari petak anod - katod. Macroion R + dan R- polyelectrolytes tidak boleh bergerak melalui membran, jadi ia dari ruang katod terdapat caj negatif yang berlebihan, dan dari ruang anodik - caj positif yang berlebihan, iaitu, terdapat satu lagi DPP disebabkan oleh kesan Donnan itu. Oleh itu, membran juga berlaku di dalam emf, yang bertindak bersama-sama dengan luaran sumber penyebaran haba dan mengekalkan penyelesaian ion.

Dalam contoh kita, voltan merentasi membran boleh mencapai 0.83 volt, kerana ini adalah sejajar dengan perubahan dalam potensi elektrod hidrogen standard dari - 0,83-0 volt pada peralihan daripada medium alkali dalam petak anod persekitaran katod berasid. Untuk butiran, lihat. Di Annex №1 bahagian ketiga artikel.

emf PKK dari dalam

Unsur emf Ia berlaku, termasuk dalam anod menghubunginya semikonduktor dan katod ke bahagian logam mereka berkhidmat untuk menyambung sumber voltan luaran. emf ini disebabkan oleh PKK dalaman. IF dalaman tidak mewujudkan, berbeza dengan bidang luaran dalam ruang sekeliling konduktor kenalan, iaitu Ia tidak menjejaskan pergerakan zarah bercas di luar konduktor. Pembinaan n-semikonduktor / logam / p-semikonduktor secukupnya dikenali dan digunakan, sebagai contoh, termoelektrik modul Peltier. Magnitud dge yang seperti struktur pada suhu bilik boleh mencapai nilai perintah 0,4-0,6 Volt [5, p. 459; 2, p. 552]. Bidang di dalam kenalan diarahkan dalam apa-apa cara yang mereka menolak elektron lawan dalam gelung, iaitu bertindak bersama dengan sumber luaran. Elektron meningkatkan tahap tenaga yang sederhana menyerap bahang Peltier.

Dalaman IF yang timbul akibat penyebaran elektron dalam bidang hubungan elektrod dan penyelesaian, sebaliknya, menolak elektron dalam arah ikut jam dalam gelung. ie pergerakan elektron dalam Element lawan dalam kenalan ini mesti diperuntukkan Peltier haba. tetapi kerana pemindahan elektron daripada katod ke dalam penyelesaian dan penyelesaian dalam anod semestinya disertai dengan tindak balas endotermik menjana hidrogen dan oksigen, haba yang Peltier tidak dilepaskan ke dalam medium, dan untuk mengurangkan kesan endotermik, iaitu seperti "dipelihara" dalam entalpi pembentukan hidrogen dan oksigen. Untuk butiran, lihat. Di Annex №2 bahagian ketiga artikel.

pembawa (elektron dan ion) bergerak dalam litar Element tidak laluan yang tertutup, tanpa bayaran unsur tidak bergerak dalam litar tertutup. Setiap anod elektron yang diambil dari penyelesaian (dalam perjalanan pengoksidaan ion OH- kepada molekul oksigen), dan melalui litar luar untuk katod, adalah volatilized bersama-sama dengan molekul hidrogen (dalam proses pemulihan ion H +). Begitu juga ion OH- dan H + tidak bergerak dalam litar tertutup, tetapi hanya kepada elektrod yang sama, dan kemudian menguap dalam bentuk hidrogen molekul dan oksigen. ie dan ion dan elektron setiap bergerak dalam persekitaran di lapangan mempercepatkan daripada DES, dan akhir jalan, apabila mereka sampai ke permukaan elektrod digabungkan dalam molekul, menukar keseluruhan tenaga yang tersimpan - tenaga ikatan kimia, dan keluar dari gelung!

Semua sumber dalaman emf Elemen, mengurangkan kos sumber luar bagi elektrolisis air. Oleh itu, haba ambien menyerap unsur-unsur semasa operasi untuk mengekalkan penyebaran DES, adalah untuk mengurangkan kos sumber luaran, iaitu, Ia meningkatkan kecekapan elektrolisis.

Elektrolisis air tanpa mana-mana sumber luar.

Dalam mengkaji semula proses yang berlaku dalam elemen yang ditunjukkan dalam Rajah. 1, yang parameter sumber luar tidak diambil kira. Katakan bahawa rintangan dalaman adalah sama dengan RD dan voltan 0. Itu Evnesh elektrod elemen terpintas kepada beban pasif (lihat Rajah. 5). Dalam kes ini, arah dan magnitud bidang DES timbul pada antara muka dalam unsur-unsur tetap sama.

Ara. 5. Sebaliknya Evnesh (Gamb. 1) termasuk beban RL pasif.

Menentukan syarat arus spontan dalam elemen ini. Menukar berpotensi Gibbs, mengikut formula (1) Annex №1 bahagian ketiga artikel:

Δ G arr = (Δ H arr - n) + Q mod

Jika P> Δ H + Q mod mod = 284,5-47,2 = 237,3 (kJ / mol) = 1.23 (eV / molekul)

yang arr Δ G <0 dan proses spontan adalah mungkin.

Kami akan mempertimbangkan lagi bahawa tindak balas unsur-unsur generasi hidrogen berlaku dalam medium berasid (potensi elektrod 0 volt), dan oksigen dalam (potensi elektrod 0.4 volt) alkali. potensi elektrod seperti menyediakan membran (5, Gamb. 5), voltan di mana ini harus 0.83 volt. ie tenaga yang diperlukan untuk pembentukan hidrogen dan oksigen dikurangkan sebanyak 0.83 (eV / molekul). Maka keadaan kemungkinan proses spontan akan:

P> 1,23-0,83 = 0.4 (eV / molekul) = 77.2 (kJ / mol) (2)

Kami mendapati bahawa halangan tenaga hidrogen dan oksigen molekul dielakkan dan tanpa menggunakan sumber voltan luaran. ie walaupun pada n = 0.4 (eV / molekul), iaitu apabila elektrod dalaman HPDC 0.4 volt, unsur akan berada dalam keadaan keseimbangan dinamik, dan mana-mana (walaupun kecil) perubahan keadaan keseimbangan akan menyebabkan arus dalam litar.

Satu lagi halangan kepada tindak balas pada elektrod adalah tenaga pengaktifan, tetapi ia dihapuskan oleh kesan terowong, yang timbul disebabkan oleh kesempitan jurang antara elektrod dan penyelesaian [7, p. 147-149].

Oleh itu, atas dasar pertimbangan tenaga, kita membuat kesimpulan bahawa semasa spontan dalam elemen yang ditunjukkan dalam Rajah. 5, ia tidak mustahil. Tetapi apa sebab-sebab fizikal boleh menyebabkan semasa ini? Sebab-sebab ini adalah seperti berikut:

1. Kebarangkalian peralihan elektron dari katod ke dalam penyelesaian yang lebih tinggi daripada kebarangkalian peralihan dari anod ke dalam penyelesaian, kerana n-semikonduktor katod mempunyai banyak elektron bebas dengan tahap tenaga yang tinggi, dan anod p-semikonduktor - hanya "lubang", dan ini "lubang" berada pada tahap tenaga yang di bawah elektron katod;

2. Membran disokong dalam ruang katod persekitaran yang berasid, dan di anod - alkali. Dalam kes elektrod lengai, ini membawa kepada hakikat bahawa potensi katod elektrod menjadi lebih besar daripada anod. Akibatnya, elektron mesti bergerak melalui litar luar dari anod ke katod;

3. caj permukaan penyelesaian polyelectrolyte yang timbul disebabkan oleh kesan Donnan, mewujudkan di padang elektrod / penyelesaian supaya bidang yang pada katod menggalakkan hasil elektron dari katod ke dalam penyelesaian, dan padang di anod - Kemasukan elektron ke anod daripada penyelesaian;

4. baki ke hadapan dan belakang reaksi pada elektrod (arus pertukaran) cenderung kepada H + ion reaksi pengurangan langsung pada katod dan pengoksidaan ion OH- di anod, sejak mereka ditemani oleh pembentukan gas (H2 dan O2) mampu dengan mudah meninggalkan zon tindak balas (Le Chatelier Prinsip).

Eksperimen.

Untuk penilaian kuantitatif voltan merentasi beban oleh kesan Donnan itu, eksperimen telah dilakukan di mana Element katod terdiri daripada karbon diaktifkan dengan elektrod luar grafit dan anod - campuran karbon diaktifkan dan anion resin AB-17-8 dengan grafit elektrod luar. Elektrolit - ruang penyelesaian NaOH akueus, anod dan katod dipisahkan oleh felt sintetik. Pada elektrod luar terbuka unsur ini mempunyai voltan kira-kira 50 mV. Apabila disambungkan kepada unsur beban luaran 10 ohm tetap semasa kira-kira 500 microamp. Apabila suhu meningkat ambien dari 20 hingga 30 0C voltan elektrod luar negeri meningkat kepada 54 mV. Meningkatkan voltan pada suhu ambien mengesahkan bahawa sumber emf adalah penyebaran, iaitu gerakan haba zarah.

Untuk penilaian kuantitatif voltan merentasi beban dari HPDC eksperimen logam / semikonduktor dalaman telah dijalankan di mana katod sel terdiri daripada serbuk grafit sintetik dengan elektrod luar grafit dan anod - serbuk boron karbida (B4C, p-semikonduktor) dengan grafit elektrod luar. Elektrolit - ruang penyelesaian NaOH akueus, anod dan katod dipisahkan oleh felt sintetik. Pada elektrod luar terbuka voltan elemen adalah kira-kira 150 mV. Apabila menyambung beban luaran kepada elemen 50 kOhm voltan menurun kepada 35 mV., Seperti kejatuhan voltan yang kuat kerana karbida rendah intrinsik boron dan, akibat, yang Element rintangan dalaman yang tinggi. voltan siasatan berbanding suhu bagi suatu elemen struktur itu tidak dijalankan. Ini adalah disebabkan oleh hakikat bahawa, untuk semikonduktor, bergantung kepada komposisi kimia, tahap doping dan hartanah lain, perubahan suhu di dalam cara yang berbeza boleh mempengaruhi tahap Fermi itu. ie kesan suhu ke atas emf Elemen (kenaikan atau penurunan), dalam hal ini bergantung kepada bahan yang digunakan, jadi ini bukanlah eksperimen petunjuk.

Pada masa ini, eksperimen lain berterusan, di mana katoda Unsur dibuat daripada campuran serbuk karbon aktif dan kationit KU-2-8 dengan elektrod keluli tahan karat luaran, dan anod dari campuran serbuk karbon aktif dan anionit AB-17-8 dengan elektrod luaran dari Keluli tahan karat. Elektrolit - larutan akueus NaCl, ruang anodik dan katodik dipisahkan oleh rasa sintetik. Sejak Oktober 2011, elektrod luaran Elemen ini berada dalam keadaan litar pintas dengan ammeter pasif. Semasa ini, yang menunjukkan ammeter, kira-kira sehari selepas beralih, menurun dari 1 mA - hingga 100 mkA (yang nampaknya berkaitan dengan polarisasi elektrod), dan tidak berubah sejak itu.

Dalam eksperimen praktikal yang diterangkan di atas, sehubungan dengan ketidakupayaan bahan-bahan yang lebih efisien, hasil yang diperoleh jauh lebih rendah daripada secara teoritis. Di samping itu, perlu mengambil kira sebahagian daripada jumlah emf dalaman. Unsur ini sentiasa digunakan untuk mengekalkan tindak balas elektrod (pengeluaran hidrogen dan oksigen) dan tidak boleh diukur dalam litar luaran.

Kesimpulannya .

Merumuskan di atas, kita dapat menyimpulkan bahawa sifat membolehkan kita menukar tenaga panas menjadi tenaga atau kerja yang berguna, sambil menggunakan sebagai "pemanas" alam sekitar dan tidak mempunyai "peti sejuk". Oleh itu, kesan Donnan dan IFR dalaman mengubah tenaga haba pergerakan zarah yang dikenakan ke dalam tenaga medan elektrik DES, dan reaksi endotermik menukar tenaga haba ke dalam tenaga kimia.

Unsur, yang dipertimbangkan oleh kami, menggunakan haba dan air dari alam sekitar, tetapi melepaskan elektrik, hidrogen dan oksigen! Selain itu, proses penggunaan elektrik, dan penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar, mengembalikan air dan memanaskan kembali ke alam sekitar!

Bahagian 3. Permohonan.

Dalam bahagian ini, kesan keseimbangan Donnan, IFR dalaman pada antara muka logam / semikonduktor, dan haba peltier pada reaksi redoks dan potensi elektrod dalam Elemen dibincangkan dengan lebih terperinci.

Potensi Donnan (Lampiran No. 1)

Marilah kita mempertimbangkan mekanisme penampilan potensi Donnan untuk polietrolit. Selepas pemisahan polyelectrolyte, tanggapan kecilnya bermula, di bawah tindakan penyebaran, untuk meninggalkan isipadu yang diduduki oleh makromolekul. Penyebaran arah perintang kecil dari jumlah makromolekul polyelectrolyte ke pelarut terjadi disebabkan peningkatan konsentrasi mereka pada sebagian besar makromolekul dibandingkan dengan larutan yang lain. Selanjutnya, jika, contohnya, tindak balas kecil dikenakan secara negatif, ini membawa kepada hakikat bahawa bahagian dalaman makromolekul memperolehi caj positif, dan penyelesaian yang bersebelahan dengan isipadu makromolekul adalah negatif. Ya. Sekitar isipadu makroion yang berkuat kuasa positif, terdapat, "suasana ionik" yang timbul dengan tindak balas kecil-dikenakan secara negatif. Penamatan pertumbuhan pertahanan atmosfera ionik berlaku apabila medan elektrostatik antara atmosfera ionik dan jumlah makroion menyeimbangkan penyebaran haba terhadap tindanan kecil. Perbezaan potensi keseimbangan yang dihasilkan antara suasana ionik dan makroion adalah potensi Donnan. Potensi Donnan juga dipanggil potensi membran, kerana Keadaan yang sama berlaku pada membran semipermeable, sebagai contoh, apabila ia memisahkan larutan elektrolit di mana terdapat ion dua jenis - mampu dan tidak dapat melaluinya, dari pelarut tulen.

Potensi Donnan boleh dipertimbangkan sebagai kes penghadaman potensi penyebaran, apabila mobiliti salah satu ion (dalam kes makroion kita) adalah sifar. Kemudian, menurut [1, hlm. 535], mengambil caj pertandingan yang sama dengan perpaduan:

E d = ( RT / F ) Ln ( a1 / a2 ), di mana

Ed ialah potensi Donnan;

R - Pengaliran gas sejagat;

T - Suhu termodinamik;

F - Faraday malar;

A1 , a2 - aktiviti penangguhan dalam fasa-fasa bersentuhan.

Dalam Unsur kami, di mana membran memisahkan penyelesaian asas poli (pH = Lg a 1 = 14) dan polyacid (pH = Lg a 2 = 0), potensi Donnan pada membran pada suhu bilik ( T = 300 0K)

E = ( RT / F ) (Lg a 1 - Lg a 2 ) Ln (10) = (8.3 * 300/96500) * (14 - 0) * Ln (10) = 0.83 Volta

Potensi Donnan meningkat secara langsung ke kenaikan suhu. Untuk sel penyebaran, haba Peltier adalah satu-satunya sumber untuk menghasilkan kerja yang berguna, jadi tidak menghairankan bahawa untuk unsur-unsur tersebut, emf. Meningkat dengan peningkatan suhu. Dalam unsur penyebaran, untuk pengeluaran kerja, haba Peltier selalu diambil dari alam sekitar. Apabila arus mengalir melalui DPS yang dibentuk oleh kesan Donnan, ke arah yang bertepatan dengan arah positif bidang DEL (iaitu, apabila medan DES melakukan kerja positif), haba diserap dari medium untuk menghasilkan kerja ini.

Tetapi dalam elemen penyebaran, terdapat perubahan berterusan dan tidak langsung dalam kepekatan ion, yang akhirnya membawa kepada penyamaan kepekatan dan penghentian penyebaran yang diarahkan, berbeza dengan keseimbangan Donnan, yang, dalam kes arus kuasistatik, kepekatan ion yang mencapai nilai tertentu tetap tidak berubah .

Dalam Rajah. 2 ialah gambarajah perubahan potensi pengurangan oksidasi reaksi pembentukan hidrogen dan oksigen dengan perubahan keasaman larutan. Gambarajah dengan jelas menunjukkan bahawa potensi elektrod pembentukan oksigen dalam ketiadaan OH-ion (1.23 Volt dalam medium asid) berbeza daripada potensi yang sama pada kepekatan yang tinggi (0.4 Volt dalam medium alkali) oleh 0.83 Volt. Begitu juga, potensi elektrod pembentukan hidrogen dalam ketiadaan ion H + (-0.83 Volt dalam medium alkali) berbeza daripada potensi yang sama pada kepekatan tinggi mereka (0 Volt dalam medium asid), juga pada 0.83 Volt [4, p. 66-67]. Ya. Adalah jelas bahawa 0.83 Voltan diperlukan untuk mendapatkan kepekatan tinggi ion yang sama di dalam air. Ini bermakna 0.83 volt diperlukan untuk pemisahan massa molekul air neutral ke H + dan OH-ion. Oleh itu, jika membran Elemen kami mengekalkan medium berasid dalam ruang katod, dan anod adalah alkali, voltan DEL boleh mencapai 0.83 Volt, yang sesuai dengan pengiraan teoritis yang diberikan sebelumnya. Voltan sedemikian memberikan kekonduksian tinggi ruang membran DEL kerana pemisahan air di dalamnya ke dalam ion.

Rajah. 2. Rangkuman potensi pengurangan oksidasi reaksi

Penguraian air, serta H + dan OH-ion ke dalam hidrogen dan oksigen.

KPI dan Peltier panas (Lampiran No. 2)

"Alasan untuk kesan Peltier adalah bahawa tenaga rata-rata pembawa caj (demi kepastian elektron) yang terlibat dalam kekonduksian elektrik dalam pelbagai konduktor adalah berbeza ... Apabila pergi dari satu konduktor ke yang lain, elektron sama ada menghantar tenaga yang berlebihan ke grid, atau menambah kekurangan tenaga pada perbelanjaannya (Bergantung pada arah semasa).

Rajah. 3. Peltier kesan pada sentuhan logam dan n-semikonduktor: ԐF - tahap Fermi; ԐC adalah bahagian bawah jalur konduksi semikonduktor; ԐV - siling band valensi; I - arah arus positif; Kalangan dengan panah menunjukkan elektron secara konduktif.

Dalam kes pertama, berhampiran kenalan, ia terpencil, dan dalam kes kedua, Haba peltier. Sebagai contoh, pada hubungan logam-semikonduktor (Rajah 3), tenaga elektron yang melepasi semikonduktor n-jenis ke logam (sentuhan kiri) jauh lebih tinggi daripada tenaga Fermi ԐF. Oleh itu, mereka melanggar keseimbangan terma dalam logam. Keseimbangan dipulihkan sebagai akibat dari perlanggaran, di mana elektron memanas, memberikan tenaga yang berlebihan kepada kristal. Grating. Hanya elektron yang paling bertenaga boleh masuk ke semikonduktor dari logam (sentuhan kanan), akibatnya gas elektron dalam logam sejuk. Tenaga getaran kekisi digunakan untuk mengembalikan pengagihan keseimbangan "[2, hlm. 552].

Untuk kenalan logam / p-semikonduktor, keadaannya sama. Kerana Kekonduksian p-semikonduktor menyediakan lubang untuk band valensinya di bawah paras Fermi, maka sentuhan akan disejukkan di mana elektron bergerak dari p-semikonduktor ke logam. Haba peltier, dilepaskan atau diserap oleh sentuhan dua konduktor, adalah disebabkan oleh pengeluaran prestasi negatif atau positif JIK dalaman.

Kami menghidupkan kenalan kiri (Rajah 3), yang menghasilkan haba Peltier, sel elektrolitik, sebagai contoh, larutan akueus NaOH (Rajah 4), dan logam dan n-semikonduktor secara kimia tidak aktif.

Rajah. 4. Hubungan kiri n-semikonduktor dan logam dibuka, dan larutan elektrolit diletakkan di dalam jurang ini. Notasi adalah sama seperti dalam Rajah. 3.

Oleh kerana semasa " I " mengalir dari n-semikonduktor, elektron dengan tenaga yang lebih tinggi memasuki larutan daripada meninggalkan larutan ke dalam logam, tenaga yang berlebihan ini (Peltier heat) harus dilepaskan dalam sel.

Semasa melalui sel boleh pergi hanya dalam kes reaksi elektrokimia yang berlaku di dalamnya. Sekiranya tindak balas dalam sel adalah eksotermik , haba Peltier dilepaskan di dalam sel, kerana Lebih banyaknya ia hilang tidak ada tempat. Sekiranya tindak balas dalam sel adalah endotermik, maka haba Peltier akan sepenuhnya atau sebahagiannya untuk mengimbangi kesan endothermic, i E. Mengenai pembentukan produk reaksi. Dalam contoh kita, jumlah tindak balas sel: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ adalah endothermic, jadi haba (tenaga) Peltier pergi ke penciptaan molekul H2 dan O2 yang terbentuk pada elektrod. Oleh itu, kita mendapat bahawa haba Peltier, yang diambil dari medium dalam hubungan n-semikonduktor / logam yang betul, tidak dilepaskan kembali ke medium, tetapi disimpan dalam bentuk tenaga kimia molekul hidrogen dan oksigen. Jelasnya, kerja sumber voltan luaran, yang dibelanjakan untuk elektrolisis air, dalam kes ini akan kurang daripada dalam hal menggunakan elektrod yang sama yang tidak menyebabkan kesan Peltier.

Terlepas dari sifat-sifat elektroda, sel elektrolitik itu sendiri dapat menyerap atau melepaskan peltier panas ketika arus melewatinya. Di bawah keadaan kuasi statik, perubahan dalam potensi Gibbs sel [4, ms. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S , di mana

Δ H ialah perubahan dalam entalpi sel;

T - Suhu termodinamik;

Δ S - perubahan entropi sel;

Q = - T Δ S - Haba sel Peltier.

Untuk sel hidrogen-oksigen pada T = 298 (K), perubahan entalpi ΔHpr = -284.5 (kJ / mol) [8, p. 120], perubahan dalam potensi Gibbs [4. Dengan. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1.23 = - 237.3 (kJ / mol), di mana

Z ialah bilangan elektron bagi setiap molekul;

F ialah pemalar Faraday;

E - emf Sel galvanik.

Oleh itu

Q pr = - T Δ S pr = Δ G pr - Δ H pr = - 237.3 + 284.5 = 47.2 (kJ / mol)> 0,

Ya. Sel hidrogen-oksigen memancarkan haba Peltier ke dalam medium, sambil meningkatkan entropinya dan menurunkannya sendiri. Kemudian dalam proses sebaliknya, dengan elektrolisis air, yang mana berlaku dalam contoh kita, haba Peltier Q obr = - Q pr = - 47.3 (kJ / mol) akan diserap oleh elektrolit dari persekitaran luaran.

Biarkan P menjadi haba Peltier yang dipilih dari medium dalam sentuhan kanan n-semikonduktor / logam. Haba P > 0 harus menonjol di dalam sel, tetapi kerana Reaksi penguraian air dalam sel adalah endotermik ( ΔH > 0), maka haba Peltier P digunakan untuk mengimbangi kesan haba reaksi:

Δ G rep = ( ΔH obre - П ) + Q обр                                                                        (1)

Q hanya bergantung kepada komposisi elektrolit. Adalah sifat sel elektrolitik dengan elektrod lengai, dan II hanya bergantung pada bahan elektrod.

Persamaan (1) menunjukkan bahawa haba Peltier P , serta haba Peltier Q , digunakan untuk menghasilkan kerja yang berguna. Ya. Haba Peltier yang dipilih dari alam sekitar mengurangkan kos sumber luaran elektrik, yang diperlukan untuk elektrolisis. Keadaan apabila haba medium adalah sumber tenaga untuk menghasilkan kerja yang berguna adalah ciri semua penyebaran dan juga untuk banyak elemen elektrokimia, contoh-contoh unsur tersebut diberikan dalam [3, ms. 248-249].

Rujukan

1. Gerasimov Ya.I. Kursus Kimia Fizikal. Buku teks: Bagi universiti. Dalam 2 tan T.II. - 2 nd., Pdt. - Moscow: CHEMISTRY Moscow, 1973. - 624 h.
2. Dashevsky 3. M. Peltier kesan. // Enjin ensiklopedia fizikal. Dalam 5 jilid T. III. Magnetoplasma - Poyntinga teorem. / Ch. Ed. A. M. Prokhorov. Ed. Kol. D. M. Alekseev, A. M. Baldin, A. M. Bonch-Bruevich, A. S. Borovik-Romanov dan lain-lain. - Moscow: The Great Russian Encyclopedia, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (ayat 3); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Kimia fizikal. Dalam 2 buku. Buku. 1. Struktur perkara. Thermodynamics: Proc. Untuk universiti; K. S. Krasnov, N. K. Vorobiev, I. N. Godnev, dan lain-lain - edisi ketiga, Corr. - M .: Pendidikan tinggi. Sk., 2001. - 512 dengan. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Kimia fizikal. Dalam 2 buku. Buku. 2. Elektrokimia. Kinetik dan makmal kimia: Proc. Untuk universiti; K. S. Krasnov, N. K. Vorobyev, I. N. Godnev dan lain-lain. 3 ed., Corr. - M .: Pendidikan tinggi. Shk., 2001. - 319 ms. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV Kursus fizik am. Buku teks: Bagi universiti. Dalam 5 tan. Elektrik. - Edisi ke-4, Stereo. - Moscow: FIZMATLIT; Penerbitan rumah MIPT, 2004. - 656 ms. - ISBN 5-9221-0227-3 (ayat 3); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. Fizikokimia polimer. - Moscow: CHEMISTRY Moscow, 1968. - 536 ms.
7. Fetter K. Kinetik elektrokimia, terjemahan dari bahasa Jerman dengan penambahan penulis untuk edisi Rusia, disunting oleh Cor. A SSSR prof. Kolotyrkina Ya.M. - Moscow: CHEMISTRY Moscow, 1967. - 856 p.
8. Etkins P. Kimia fizikal. Dalam 2 jilid, T.I., terjemahan dari bahasa Inggeris oleh Doktor Sains Kimia Butina K.P. - Moscow: THE WORLD Moscow, 1980. - 580 p.