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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 새로운 에너지 시대가 올 것인가? 자동차 없는 전기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
지난 세기 초에 발명가와 과학자들은 전기의 광범위한 사용이 제공할 수 있는 이점을 이미 잘 알고 있었습니다. 그러나 오랫동안 충분한 수량을 저렴하게 얻을 수 있는 방법이 없었습니다. 그러나 1821년에 독일 과학자 Seebeck은 이상한 현상을 발견했습니다. 두 개의 서로 다른 도체를 함께 납땜한 폐쇄 회로를 사용하여 한 접합부를 가열하고 다른 접합부를 냉각하면 회로에 전류가 발생합니다. 이 놀랍도록 단순한 장치(그들은 이를 열전소자라고 불렀습니다)에서 열 에너지는 전기 에너지로 직접 변환됩니다.
오래전부터 알려진 갈바니 전지에서는 금속을 전해질에 녹여 에너지를 얻었다. 이 물질들은 꽤 비싸고 에너지도 저렴하지 않았습니다. 열전대는 또 다른 문제입니다. 그 자체는 소비되지 않으며 연료에 대한 접근이 매우 쉽습니다. 더욱이 그 접합부는 태양, 화산열, 스토브 파이프를 통해 날아가는 연소 생성물 등 무엇이든 가열할 수 있습니다.
몇 가지 속성을 자세히 살펴보겠습니다. 단일 열전소자는 XNUMX분의 XNUMX볼트, XNUMX분의 XNUMX볼트의 작은 EMF를 생성합니다. 그러나 내부 저항이 매우 작기 때문에 생성되는 전류가 매우 높을 수 있습니다. 이렇게 아름다운 실험은 오랫동안 알려져 왔습니다. 철심과 권선이 XNUMX회전으로 구성된 전자석입니다. 그러나 코일은 납땜된 비스무트 점퍼로 닫힌 손가락 두께의 구리 브래킷입니다. 일반 실험실 버너로 접합부의 한쪽 끝을 가열하고 다른 쪽 끝을 물로 냉각시킵니다. 수천 암페어의 전류가 발생하고 자석(한 바퀴만 돌리면!)이 할머니의 주철을 고정합니다.
낮은 EMF는 문제가 되지 않습니다. 열전소자는 수백 또는 수천 개의 소스를 직렬로 연결하여 배터리에 쉽게 연결할 수 있습니다. 두 개의 금속 스트립을 번갈아 가며 만든 아코디언처럼 보입니다. 2~3V의 중간 전압의 고전류는 소규모 전기도금 작업장에서 사용하기에 이상적이었습니다. 그것은 나무, 석탄 또는 가스를 태우는 작은 난로를 연상시키는 열전 발전기에 의해 생산되었습니다. 그들은 세기 초에 장인들이 사용했습니다. 더 큰 문제를 해결하려는 시도가 있었습니다. 예를 들어 지난 세기 80년대 말 파리에서 Clouet은 80개의 Yablochkov "양초"에 에너지를 공급하는 열전 발전기를 만들었습니다. 당시 설치효율은 0.3%를 넘지 않았다. 아주 적은 양처럼 보이지만 손실된 열은 모두 집을 데우거나 물을 데우거나 음식을 요리하는 데 사용될 수 있습니다. 열전 발전기가 내장된 난방 스토브도 제공되었습니다. 설치로 인해 난방을 위한 연료 소비가 증가하지 않는다는 점이 궁금합니다. 결국 전기는 같은 방에서 소비되면 다시 열로 변합니다! 역사는 다르게 결정했습니다. 전기는 발전소에서 생산하여 중앙에서 소비자에게 분배하는 것이 훨씬 더 수익성이 높은 것으로 나타났습니다. 지난 세기에도 발전소의 효율은 열전소자보다 수십 배나 높았습니다. 그러나 움직이는 부품이 없기 때문에 우아한 단순성과 신뢰성이 많은 사람들을 매료시켰습니다. 이론에 대한 깊은 침투 없이 효율성을 높이려는 시도는 심각한 성공으로 이어지지 않았습니다. EMF는 열전소자의 다리를 가열한 결과로 발생하지만 동시에 기생 열 흐름도 발생하여 뜨거운 접합부에서 차가운 접합부로 쓸데없이 흐르게 됩니다. 그것을 사용하려고 시도하면서 그들은 하나의 더 차가운 접합이 다른 하나의 뜨거운 접합을 가열하는 열전소의 폭포를 조립하기 시작했습니다. 캐스케이드의 각 계층에서 열접점의 온도가 감소합니다. 그러나 주어진 온도 범위 내에서 가장 잘 작동하는 재료를 선택하면 전체 시스템의 효율성을 크게 높일 수 있습니다. 또 다른 가능성이 있습니다. 이를 열회수라고 합니다. 열전 캐스케이드를 따라 차가운 끝에서 뜨거운 끝으로 공기 흐름을 유도해 보겠습니다. 동시에, 요소로부터 흐르는 열의 일부를 얻고 가열됩니다. 그런 다음 뜨거운 공기를 화실로 보내고 연료의 일부를 절약합니다. 이 전체 절차는 열전소 재료의 열 전도성을 감소시키는 것과 동일하며 엄격하게 정의된 열 부분이 각 요소에서 제거되는 경우에만 유익합니다. 그러나 재생은 캐스케이드에 포함된 열전소 자체가 충분히 완벽한 경우에만 눈에 띄게 나타납니다. 30년대에는 우리나라에서 특히 열전분야의 이론작업이 집중적으로 이루어졌다. 그들은 좋은 이론보다 더 실용적인 것은 없다고 말합니다. 학자 A.F. Ioffe는 고체에서 발생하는 과정에 대한 새로운 이론을 만들었습니다. 일부 저명한 과학자들은 이를 적대적인 태도로 받아들이고 이를 “양자-기계적 잠재의식”이라고 불렀습니다. 그러나 1940년에 그 발견을 바탕으로 열전소자의 효율을 10배로 높이는 것이 가능해졌습니다. 이는 금속을 반도체(열기전력이 더 높고 열전도도가 낮은 물질)로 대체했기 때문에 발생했습니다. 전쟁이 시작될 때 Ioffe의 실험실에서 휴대용 라디오 방송국에 전력을 공급하는 열전 발전기 인 "당파 보일러"가 만들어졌습니다. 그것은 바닥 바깥쪽에 열전대가 있는 냄비였습니다. 그들의 가연성 관절은 불의 불 속에 있었고 냄비 바닥에 붙어 있던 차가운 것은 그 안에 물을 부어 식혔습니다.
신중한 재료 선택과 재생 기술을 통해 열전소자의 효율을 15%까지 높일 수 있었습니다. 금세기 초에는 기존 발전소의 효율이 이 정도였지만 지금은 XNUMX배 이상 향상되었습니다. 현재 대규모 에너지 부문에서는 열전소자를 위한 자리가 없습니다. 그러나 작은 에너지도 있습니다. 산 정상의 무선 중계국이나 해양 신호 부표에 전력을 공급하려면 수십 와트가 필요합니다. 전기와 난방이 필요한 사람들이 사는 외딴 곳도 있습니다. 이러한 경우 가스 또는 액체 연료로 가열되는 열전소자가 사용됩니다. 이러한 장치를 작은 지하 벙커에 배치하고 완전히 무인 상태로 둘 수 있다는 점은 특히 중요합니다. 연료 공급을 보충하기 위해 XNUMX년에 한 번 이하로 자주 사용하면 됩니다. 저전력으로 인해 어떤 효율로든 소비가 허용될 수 있으며, 게다가... 선택의 여지가 없습니다. 의사들은 열전 발전기의 흥미로운 응용 분야를 발견했습니다. 5년 넘게 수천 명의 사람들이 피부 아래에 이식된 심장 박동기를 착용했습니다. 이를 위한 에너지원은 무해한 동위원소의 붕괴로 가열되는 수백 개의 열전대가 직렬로 연결된 작은(골무 크기) 배터리입니다. 교체를 위한 간단한 수술은 10~XNUMX년 마다 이루어집니다. 일본에서는 손의 열로 인해 발생하는 열전소자로 구동되는 전자시계가 생산됩니다. 최근 이탈리아의 한 회사가 열전발전기를 탑재한 전기자동차 개발에 착수한다고 발표했습니다. 이 전류원은 배터리보다 훨씬 가볍기 때문에 열전 자동차의 주행거리는 기존 자동차의 주행거리와 비슷합니다. (전기차는 150회 충전으로 XNUMXkm를 주행할 수 있다는 점을 기억하세요.) 다양한 트릭을 통해 연료 소비를 허용할 수 있다고 믿어집니다. 새로운 유형의 승무원의 주요 장점은 절대적으로 무해한 배기, 조용한 움직임, 가장 저렴한 액체 (및 고체) 연료 사용 및 매우 높은 신뢰성입니다. 30년대에 우리나라에서 수행된 열전소자에 관한 연구가 널리 알려졌습니다. 이것이 아마도 작가 G. Adamov가 그의 소설 "두 바다의 비밀"에서 배터리 케이블로부터 에너지를 받는 Pioneer 잠수함을 묘사한 이유일 것입니다. 이것이 그가 긴 케이블 형태로 만든 열전 발전기라고 부르는 것입니다. 부표의 도움으로 이들의 열접점은 온도가 20~25°C에 달하는 바다의 상층부까지 상승했으며, 차가운 접합점은 온도가 1~2°C인 해양심층수에 의해 냉각되었습니다. .그래서 환상적인 "Pioneer"는 현재의 핵보다 XNUMX점 앞서는 보트이며 배터리를 충전했습니다. 이게 진짜인가요? 언론에는 이런 종류의 직접적인 실험에 대한 보고가 없습니다. 그런데 흥미로운 일이 일어났습니다. 뜨거운 지하 온천의 열기를 이용해 에너지를 생산하는 1000kW 열전 발전기가 만들어졌습니다. 열접점과 냉접점 사이의 온도차는 23°C이며, 바다와 마찬가지로 비중은 6kW당 1kg으로 기존 잠수함의 발전소보다 훨씬 낮습니다. 우리는 새로운 에너지 혁명, 새로운 전기 시대를 맞이하고 있습니까? 저자: A. Saveliev
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