Nuttige werk deur die hitte van die Omgewing

Deel 1. Sommige terme en definisies.

Die elektromotoriese krag (emk) is 'n integrale eksterne krag veld gedeelte bestaan uit 'n stroombron ... eksterne krag wat in elektroplatering selle by die grense tussen die elektroliet en die elektrodes. Hulle werk ook op die grens tussen twee uiteenlopende metale en bepaal die kontak potensiaalverskil therebetween [5, p. 193, 191]. Bedrag spring potensiaal op alle vlakke van die kring artikel is gelyk aan die potensiaalverskil tussen die geleiers, geleë op die ketting eindig, en staan bekend as die elektromotoriese krag emk dirigent kring ... ketting wat slegs uit die geleiers van die eerste soort is gelyk aan die potensiële spring tussen die eerste en die laaste dirigent in direkte kontak met hulle (Volta wet) ... As die kring is behoorlik oop, die emk hierdie kring is nul. Na die oop-kring dirigent, waarvan ten minste een elektroliet, toepaslike wetgewing volts ... Dit is duidelik dat, net dirigent kring bestaande uit ten minste een dirigent van die tweede soort is elektrochemiese selle (of kettings elektrochemiese elemente) [1, p sluit regstel. 490-491].

Poliëlektroliete is polimere in staat distansieer in ione in oplossing, dus in dieselfde makromolekule, 'n groot aantal herhalende koste ... kruisgebinde poliëlektroliete (ioonuitruilers, ione hars) los nie, net swel, terwyl die behoud van die vermoë om te distansieer [6, p. 320-321]. Poliëlektroliete distansieer in negatief gelaaide macroion en H + ione voeding produk genoem en dissosieer in positief gelaaide ione en OH- macroion genoem poliosnovaniyami.

Donnan balans potensiaal is die potensiaalverskil wat plaasvind by die fase grens tussen die twee elektroliete as hierdie limiet is nie deurlaatbaar vir alle ione. Ondoordringbaar perke vir 'n paar ione kan veroorsaak, byvoorbeeld, die teenwoordigheid van membrane met baie smal porieë wat onbegaanbaar vir deeltjies bo 'n sekere grootte is. Selektiewe deurlaatbaarheid van die koppelvlak plaasvind en indien enige ione so sterk gekoppel aan een van die fases wat dit oor die algemeen laat kan nie. Presies optree ioniese ioonuitruiling harpuis, of ione groep vaste homopolar band in die molekulêre rooster of matriks. Die oplossing, synde in sulke matrikse vorms saam met dit 'n enkele fase; oplossing, geleë buite, - die tweede [7. 77].

Die elektriese dubbellaag (EDL) plaasvind op die koppelvlak van die twee fases stel teenoorgesteld gelaaide lae van die hand gesit op 'n sekere afstand van mekaar [7. 96].

Peltier bewerkstellig hierdie isolasie of absorpsie van hitte op die kontak van twee verskillende geleiers, afhangende van die rigting van die elektriese stroom deur die kontak [2, p. 552].

Deel 2: Die gebruik van die hitte medium in die elektrolise van water.

Kyk na die meganisme van die voorkoms van die kring van die elektrochemiese sel (hierna element), skematies getoon in Fig. 1, meer emk as gevolg van die interne kontak potensiaalverskil (PKK) en die effek van Donnan (kort beskrywing van die essensie van die Donnan effek, interne PKK en gepaardgaande Peltier hitte verskaf in die derde deel van die artikel).

Fig. 1. Skematiese voorstelling van 'n elektrochemiese sel: 1 - die katode is gekontak met 'n oplossing van 3, die elektrochemiese reduksie reaksie van die elektroliet katione voorkom op die oppervlak, gemaak van 'n chemies inert swaargedokterde N-halfgeleier. Deel van die katode dit verbind met 'n eksterne spanning bron, metale; 2 - die anode is gekontak met 'n oplossing van 4, op die oppervlak daarvan voorkom elektrochemiese oksidasiereaksie van die elektroliet anione, gemaak van chemies inert swaargedokterde p-halfgeleier. Deel van die anode dit verbind met 'n eksterne spanning bron, metale; 3 - katode ruimte, poliëlektroliet oplossing, distansieer in water by macroion R- negatief gelaai en positief gelaaide counterions klein K + (in die huidige voorbeeld is die waterstofioon H +); 4 - anode kompartement poliëlektroliet oplossing in water distansieer in positief gelaaide macroion R + en negatief gelaaide counterions klein A- (in hierdie voorbeeld is dit hidroksiedione OH-); 5 - die membraan (diafragma), is ondeurdringbaar vir makromolekules (macroion) poliëlektroliete, maar heeltemal deurlatend vir klein counterions K +, A en watermolekules gedeelde ruimte 3 en 4; Evnesh - 'n eksterne spanningsbron.

emk deur Donnan effek

Vir duidelikheid, word die elektroliet van die katode ruimte (. 3, Figuur 1) gekies waterige polyacid oplossing (R-H +), die elektroliet en die anode kompartement (4, fig 1.) - waterige poliosnovaniya (R + OH-). As gevolg van dissosiasie voeding produk in die katode kompartement, naby die oppervlak van die katode (1, Fig. 1), daar is 'n verhoogde konsentrasie van H + -ione. Positiewe lading wat in die omgewing van die katode oppervlak is nie vergoed negatief gelaaide macroions R-, aangesien hulle kan nie kom naby aan die oppervlak van die katode as gevolg van sy grootte en die teenwoordigheid van 'n positief gelaaide ioniese atmosfeer (vir besonderhede sien. beskrywing Donnan effek in aanhangsel №1 van die derde deel van die artikel). So, die grenslaag van 'n oplossing direk in kontak met die katode oppervlak het 'n positiewe lading. As gevolg hiervan, 'n elektrostatiese induksie op die katode oppervlak, aangrensend met die oplossing, is daar 'n negatiewe lading van die geleidingselektrone. dit wil sê by die koppelvlak tussen die katode oppervlak en DES oplossing voorkom. Veld van die DES stoot elektrone vanaf die katode - om die oplossing.

Net so, op die anode (2, Fig 1.), Die grenslaag van die oplossing in die anode kompartement (4, Fig 1.) Direk in kontak met die anode oppervlak het 'n negatiewe lading, en op die anode oppervlak, aangrensend met die oplossing, is daar 'n positiewe lading. dit wil sê by die koppelvlak tussen die anode oppervlak en die oplossing kom ook DES. Veld van die DES stoot elektrone van die oplossing - 'n anode.

So, die veld van DES by die poorte van die katode en anode met die oplossing, ondersteun termiese oplossing ioon diffusie, is twee interne emk bron, wat gesamentlik met 'n eksterne bron, dit wil sê, stoot die negatiewe ladings in die lus antikloksgewys.

Dissosiasie poliosnovaniya voeding produk en ook veroorsaak termiese diffusie deur die membraan (5, Figuur 1) H + -ione vanaf die katodiese ruimte -. Om die anode en OH- ione uit die anode kompartement - 'n katode. Macroion R + en R- poliëlektroliete kan nie beweeg deur die membraan, so dit uit die katode ruimte daar 'n oormaat negatiewe lading, en uit die anode ruimte - 'n oormaat positiewe lading, dit wil sê, daar is nog 'n DOV te danke aan die Donnan effek. So, die membraan kom ook binne die emk, wat gesamentlik met 'n eksterne bron van hitte diffusie en onderhou die oplossing van ione.

In ons voorbeeld, kan die spanning oor die membraan bereik 0,83 volts, as dit stem ooreen met 'n verandering in potensiële standaard waterstofelektrode uit - 0,83-0 volts by die oorgang van die alkaliese medium in die anode kompartement die katodekompartement suur omgewing. Vir meer besonderhede, sien. In aanhangsel №1 van die derde deel van die artikel.

emk PKK van die binnekant

Die Element emk Dit kom, insluitend in die kontak halfgeleier anode en katode na hul metaal dele te dien om die eksterne spanningsbron verbind. dit emk as gevolg van interne PKK. Interne INDIEN skep nie, in teenstelling met die eksterne veld in die ruimte rondom die kontak geleiers, dit wil sê Dit het geen invloed op die beweging van gelaaide deeltjies buite die dirigente. Konstruksie N-halfgeleier / metaal / p-halfgeleier genoegsaam bekend en word gebruik, byvoorbeeld, 'n termo Peltier module. Die grootte van die emk 0.6 Volt [5, p - so 'n struktuur by kamertemperatuur kan waardes van die orde van 0.4 bereik. 459; 2, p. 552]. Velde in kontak is gerig op so 'n manier dat hulle stoot elektrone antikloksgewys in die lus, dit wil sê daad in konsert met die eksterne bron. Die elektrone in te samel die energie vlak van die medium absorbeer die hitte van die Peltier.

Interne INDIEN ontstaan te danke aan die verspreiding van elektrone in die kontak oppervlaktes van die elektrodes en die oplossing nie, inteendeel, stoot elektrone in die kloksgewys in die lus. dit wil sê die beweging van elektrone in die element antikloksgewys in hierdie kontakte moet toegeken word Peltier hitte. maar omdat die oordrag van elektrone vanaf die katode in die oplossing en van die oplossing in die anode is noodwendig vergesel deur 'n endotermiese reaksie genereer waterstof en suurstof, is die hitte van die Peltier nie vrygestel in die medium, en is aan die endotermiese effek te verminder, dit wil sê soos "bewaar" in die entalpie van vorming van waterstof en suurstof. Vir meer besonderhede, sien. In aanhangsel №2 die derde deel van die artikel.

draers (elektrone en ione) beweeg in Element kring nie geslote paaie, geen koste in die element is nie beweeg in 'n geslote kring. Elke elektron anode verkry uit die oplossing (in die loop van oksidasie van OH- ione aan suurstofmolekules), en geslaag het deur 'n eksterne stroombaan om die katode, is saam volatilized met waterstof molekules (in die proses van herstel van ione H +). Net so ione OH- en H + nie beweeg in 'n geslote kring nie, maar net om die ooreenstemmende elektrode, en dan verdamp in die vorm van molekulêre waterstof en suurstof. dit wil sê en die ione en elektrone elke bewegende in sy omgewing in die versnelling van die veld van DES, en die einde van die pad, toe hulle bereik die oppervlak van die elektrode word gekombineer in die molekule, die omskepping van die hele gestoorde energie - die energie van 'n chemiese binding, en uit die lus!

Al die interne bronne van emk Element, koste te verminder eksterne bron vir water elektrolise. So, die hitte van die omringende absorbeer elemente tydens sy operasie om diffusie van DES handhaaf, is om die koste van die eksterne bron verminder, dit wil sê, Dit verhoog die elektrolise doeltreffendheid.

Elektrolise van water sonder enige eksterne bron.

In die hersiening van die prosesse wat in die getoon in Fig element. 1, is 'n eksterne bron parameters nie in ag geneem word. Veronderstel dat die interne weerstand is gelyk aan Rd en 'n spanning van 0. Dit Evnesh Element elektrodes word kortsluiting 'n passiewe vrag (sien Fig 5.). In hierdie geval, die rigting en omvang van DES velde voortspruit by die koppelvlak in die elemente bly dieselfde.

Fig. 5. In plaas daarvan Evnesh (Fig. 1), insluitend passiewe vrag RL.

Bepaal die voorwaardes van spontane stroomvloei in hierdie element. Die verandering van die Gibbs potensiaal, volgens die formule (1) van aanhangsel №1 van die derde deel van die 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 / molekule)

die Δ G arr <0 en spontane proses is moontlik.

Ons sal verder van mening dat elemente waterstof generasie reaksie plaasvind in 'n suurmedium (elektrodepotensiaal van 0 volts), en suurstof in 'n alkaliese (elektrodepotensiaal van 0,4 volts). Sulke elektrodepotensiale bied 'n membraan (5, Fig 5.), Die spanning waarteen hierdie moet wees 0,83 volts. dit wil sê die energie wat nodig is vir die vorming van waterstof en suurstof verminder deur 0,83 (eV / molekule). Toe die toestand van die moontlikheid van spontane proses sal:

P> 1,23-0,83 = 0.4 (eV / molekule) = 77,2 (kJ / mol) (2)

Ons vind dat die energie versperring van die waterstof en suurstof molekules vermybare en sonder die gebruik van 'n eksterne spanningsbron. dit wil sê selfs by n = 0,4 (eV / molekule), dit wil sê wanneer die innerlike elektrode HPDC 0.4 volts, sal element wees in 'n staat van dinamiese ewewig, en enige (selfs klein) verandering van die balans voorwaardes sal die stroom in die kring veroorsaak.

Nog 'n struikelblok vir die reaksies by die elektrodes is die aktiveringsenergie, maar dit is uitgeskakel deur die tonnel ingang, wat voortspruit as gevolg van die kleinheid van die gaping tussen die elektrodes en die oplossing [7, p. 147-149].

So, op die basis van energie oorwegings, kan ons aflei dat spontane stroom in die getoon in Fig element. 5, is dit moontlik. Maar wat fisiese redes kan hierdie huidige veroorsaak? Hierdie redes word hieronder gelys:

1. Die waarskynlikheid van oorgang van elektrone vanaf die katode in die oplossing hoër as die waarskynlikheid van oorgang van die anode in die oplossing, aangesien N-halfgeleier katode het 'n baie vrye elektrone met 'n hoë energie vlak, en die p-halfgeleier anode - net "gate", en hierdie "gate" is op 'n energie vlak onder die katode elektrone;

2. Die membraan word ondersteun in die katode ruimte van 'n suur omgewing, en in die anode - alkaliese. In die geval van inerte elektrode, dit lei tot die feit dat 'n katode elektrodepotensiaal word groter as die anode. Gevolglik moet elektrone deur 'n eksterne stroombaan van die anode na die katode beweeg;

3. Die oppervlak beheer van die poliëlektroliet oplossings ontstaan te danke aan die Donnan effek, skep by die elektrode / oplossing veld soos wat die veld by die katode bevorder elektron opbrengs van die katode in die oplossing, en die veld by die anode - elektron toetrede tot die anode van die oplossing;

4. balans voorwaartse en terugwaartse reaksies by die elektrodes (ruil strome) voorkeur vir H + -ione direkte reaksies vermindering by die katode en oksidasie van OH- ione by die anode, aangesien hulle word vergesel deur die vorming van gas (H2 en O2) in staat is om maklik te verlaat reaksie sone (Le Chatelier se beginsel).

Eksperimente.

Vir kwantitatiewe evaluering van die spanning oor die las deur die Donnan effek, is 'n eksperiment uitgevoer waarin die katode Element het bestaan uit die geaktiveerde koolstof met die buitenste grafiet elektrode en 'n anode - 'n mengsel van geaktiveerde koolstof en anioon hars AB-17-8 met die buitenste grafiet elektrode. Elektroliet - waterige NaOH-oplossing, anode en katode spasies geskei deur 'n sintetiese gevoel. Op oop eksterne elektrodes van hierdie element het 'n spanning van ongeveer 50 mV. Wanneer dit aan 'n element van die eksterne las 10 ohm vaste stroom van sowat 500 microamps. Wanneer die omgewingstemperatuur verhoog 20-30 0C spanning om die eksterne elektrode toegeneem tot 54 mV. Die verhoging van die spanning by die omgewingstemperatuur bevestig dat die bron van emk is diffusie, dit wil sê termiese beweging van die deeltjies.

Vir kwantitatiewe evaluering van die spanning oor die las van die innerlike HPDC metaal / halfgeleier eksperiment is uitgevoer waarin die sel katode bestaan uit sintetiese grafiet poeier met die buitenste grafiet elektrode en 'n anode - 'n poeier van boor metaal (B4C, p-halfgeleier) met die buitenste grafiet elektrode. Elektroliet - waterige NaOH-oplossing, anode en katode spasies geskei deur 'n sintetiese gevoel. Op oop eksterne elektrodes van die element spanning was ongeveer 150 mV. Wanneer die koppeling van die eksterne las om die element 50 kOhm spanning gedaal tot 35 mV., So 'n sterk spanningsval as gevolg van die lae intrinsieke boor metaal en, as gevolg daarvan, 'n hoë interne weerstand Element. Ondersoek spanning teenoor temperatuur vir 'n element van so 'n struktuur is nie uitgevoer word. Dit is te wyte aan die feit dat, vir 'n halfgeleier, afhangende van die chemiese samestelling, graad van doping en ander eienskappe, die temperatuur verandering op verskillende maniere kan sy Fermi vlak beïnvloed. dit wil sê temperatuur effek op emk Element (toename of afname), in hierdie geval hang af van die materiaal wat gebruik word, so dit is nie 'n aanduiding eksperiment.

Op hierdie stadium is dit voortgesit ander eksperiment waarin sel katode is gemaak van 'n mengsel van geaktiveerde koolstof poeier en KU-2-8 met die buitenste vlekvrye staal elektrode en die anode van 'n mengsel van geaktiveerde koolstof poeier en anioon hars AB-17-8 tot die eksterne elektrode van vlekvrye staal. Elektroliet - waterige oplossing van NaCl, die anode en katode spasies geskei deur 'n sintetiese gevoel. Eksterne elektrodes van hierdie element met Oktober 2011 in staat is om 'n kortsluiting die passiewe ammeter. Stroom wat 'n ammeter, oor 'n dag nadat sy beurt, het met 1 mA toon - tot 100 MKA (wat blykbaar as gevolg van die polarisasie van die elektrodes), en sedertdien het meer as 'n jaar nie verander nie.

In praktiese eksperimente hierbo beskryf in verband met die meer doeltreffende materiaal ontoeganklikheid resultate wat verkry is aansienlik laer as teoreties moontlik. Daarbenewens, bewus wees dat 'n deel van die totale interne emk Element altyd verteer vir die handhawing van die elektrode reaksie (die produksie van waterstof en suurstof) en kan nie gemeet word in die eksterne stroombaan.

Gevolgtrekking.

'N opsomming van, kan ons aflei dat die natuur stel ons in staat om hitte-energie te omskep in bruikbare energie of werk, terwyl die gebruik van so 'n "verwarmer" omgewing en nie met 'n "yskas". So Donnan effek en interne INDIEN omskep hitte-energie van die gelaaide deeltjies in die elektriese veld energie DEL as die endotermiese reaksie hitte omgeskakel na chemiese energie.

Beskou kontak element verbruik hitte van die medium en water, en ken elektriese krag, waterstof en suurstof! Verder het die proses van energieverbruik en die gebruik van waterstof as brandstof, en die water terug na die hitte medium!

Deel 3 van die aanhangsel.

Hierdie deel word verder bespreek Donnan balans effek, by die aansluiting van die innerlike HPDC metaal / halfgeleier en Peltier hitte op redoksreaksies en elektrodepotensiale in die element.

Donnan potensiaal (Aanhangsel №1)

Kyk na die meganisme van die voorkoms van Donnan potensiaal vir poliëlektroliet. Na dissosiasie poliëlektroliet counterions begin sy klein, deur diffusie, die verlaat van die volume beset deur die makromolekule. Directional verspreiding van counterions van klein volume poliëlektroliet makromolekules in die oplosmiddel is as gevolg van verhoogde konsentrasie in die grootste deel van die makromolekule in vergelyking met die res van die oplossing. Verder, as, byvoorbeeld, 'n klein counterions is negatief gelaai, dit lei tot dat die innerlike deel van die makromolekule positief gelaai is, en die oplossing is onmiddellik aangrensend aan die volume van die makromolekule - negatief. dit wil sê rondom 'n positief gelaaide macroion volume, daar is 'n soort van "ion atmosfeer" van die klein toonbank-ione - negatief gelaai. Beëindiging ioniese atmosfeer aanklag groei vind plaas wanneer die elektrostatiese veld tussen die ioon volume macroion atmosfeer en teenwigte die hitte diffusie van klein counterions. Die gevolglike balans potensiaalverskil tussen die atmosfeer en die ioniese macroions is Donnan potensiaal. Donnan potensiaal is ook verwys na as membraanpotensiaal, omdat 'n Soortgelyke situasie kom op 'n semipermeable membraan, byvoorbeeld, wanneer dit die elektroliet oplossing wat ione van twee soorte het skei - staat en nie in staat is om verby therethrough van die suiwer oplosmiddel.

Donnan potensiaal kan beskou word as 'n limietgeval beskou van die verspreiding potensiaal, wanneer die mobiliteit van een van die ione (in hierdie geval macroion) is nul. Dan, volgens [1, p. 535], neem beheer van die toonbank gelyk aan een:

E d = (RT / F) Ln ( A1 / A2), waar

Ed - Donnan potensiaal;

R - universele gaskonstante;

T - termodinamiese temperatuur;

F - Faraday konstante;

a1, a2 - toonbank-aktiwiteit in die kontak fases.

In hierdie lid, waarin die membraan skei poliosnovaniya oplossings (pH = Lg n 1 = 14) en polyacid (pH = Lg n 2 = 0), Donnan potensiaal oor die membraan by kamertemperatuur (T = 300 0 K) sal wees:

E d = (RT / F) (Lg n 1 - Lg n 2) ln (10) = (8.3 * 300/96500) * (14-0) * Ln (10) = 0.83 Volt

Donnan potensiaal stygings in direkte verhouding tot temperatuur. Vir verspreiding van die elektrochemiese sel Peltier hitte is die enigste bron vir die produksie van nuttige werk, is dit nie verbasend dat sulke elemente emk verhoog met toename in temperatuur. In diffusie sel vir die produksie van die werk, is Peltier hitte altyd uit die omgewing geneem. Wanneer stroom vloei deur die EDL gevorm Donnan effek, in 'n rigting wat saamval met die positiewe rigting van die veld van DES (dit wil sê wanneer die veld van DES voer positiewe werk), hitte geabsorbeer uit die omgewing vir die produksie van hierdie vraestel.

Maar die verspreiding element is 'n deurlopende en eenrigting verandering in konsentrasie, wat uiteindelik lei tot die gelykmaking van konsentrasie en stop gerig diffusie, in teenstelling met balans Donnan, waarin, in 'n geval van lekkasies quasistatic strome ioon konsentrasie, nadat Hy een maal 'n sekere waarde bereik, bly onveranderd .

Fig. 2 toon 'n diagram van die redoks potensiale van die reaksies van waterstof en suurstof wanneer die verandering van die suur van die oplossing. Die grafiek toon dat die elektrodepotensiaal van die suurstof vorming reaksie in die afwesigheid van OH- ione (1.23 volts in 'n suur omgewing) is anders as dieselfde potensiaal teen 'n hoë konsentrasie (0,4 volts in 'n alkaliese medium) by 0.83 volts. Net so, die elektrodepotensiaal van waterstof te vorm reaksie in die afwesigheid van H + (-0,83 volts in alkaliese medium) is anders as dieselfde potensiaal teen 'n hoë konsentrasie (0 V in 'n suur medium), ook by 0.83 volts [4. 66-67]. dit wil sê duidelik dat 0,83 volts vereis ten einde 'n hoë konsentrasie van water te kry in die onderskeie ione. Dit beteken dat 0,83 volts word vereis vir 'n massa van neutrale dissosiasie van watermolekules in H + en OH- ione. Dus, indien die membraan word ondersteun in ons Element katode ruimte suurmedium en in 'n alkaliese anode, die spanning kan sy DEL 0.83 volts, wat is in 'n goeie ooreenkoms met die teoretiese berekeninge vroeër aangebied bereik. Hierdie spanning bied 'n hoë geleidingsvermoë ruimte DES membraan deur water dissosiasie in ione binne dit.

Fig. 2. Diagram redoksreaksie potensiaal

ontbinding van water, en H + ione en OH- in waterstof en suurstof.

INDIEN en Peltier hitte (Aanhangsel №2)

"Die oorsaak van die Peltier effek is dat die gemiddelde energie van die ladingdraers (vir bepaaldheid elektrone) wat betrokke is in die elektriese geleiding in verskillende geleiers van verskillende ... In die oorgang van een dirigent in 'n ander elektron of stuur oortollige kragnetwerk of vul 'n gebrek aan energie op sy koste (afhangende van die huidige rigting).

Fig. 3. Die Peltier effek op die kontak metaal en die halfgeleier n-: ԐF - Fermi vlak; ԐC - die onderkant van die geleidingsband van die halfgeleier; ԐV - valensieband; I - positiewe rigting van die huidige; sirkels met pyle skematies getoon elektrone.

In die eerste geval naby die kontak vrygestel word, en die tweede - die sogenaamde geabsorbeer .. Peltier hitte. Byvoorbeeld, op die kontak halfgeleier - metaal (Figuur 3) die energie van die elektrone wat beweeg van die N-tipe halfgeleier om metaal (links voeling) is aansienlik hoër as die Fermi energie ԐF. Daarom is hulle in stryd met die termiese ewewig in die metaal. Ewewig herstel as gevolg van botsings, waarin thermalized elektrone, gee meer energie kristallyne. rooster. Die halfgeleier metaal (regs touch) kan slaag slegs die mees energieke elektrone, sodat elektron gas in die metaal afkoel. Op die herstel van die balans verspreiding van ossilasie energie verbruik rooster "[2, p. 552].

Om kontak met die metaal / p-halfgeleier situasie is soortgelyk. omdat p-geleiding halfgeleier gate bied sy valensieband wat laer is as die Fermi-vlak, dan is die kontak sal afgekoel, waarin elektrone vloei van die p-halfgeleier na die metaal. Peltier hitte vrygestel of geabsorbeer word deur die kontak van twee geleiers, as gevolg van die produksie van negatiewe of positiewe van die interne INDIEN.

Ingesluit in die kontak gaping links (Fig. 3), waarop die Peltier hitte toekenning, 'n elektrolitiese sel, byvoorbeeld, waterige NaOH-oplossing (Figuur 4) en metaal halfgeleier en N-laat dit chemies inert wees.

Fig. 4. Die links kontak N-halfgeleier en die metaal is oop en geplaas in die gaping van die elektroliet oplossing. Benamings is dieselfde as in Fig. 3.

Omdat, wanneer stroom vloei «Ek», die halfgeleier van N-elektrone in hoër energievlakke kom oplossing as om uit te kom van die oplossing in die metaal, moet hierdie oortollige energie (hitte van Peltier) in die sel staan.

Die stroom deur die sel kan slegs 'n geval van lekkasies daarin elektrochemiese reaksies wees. As die eksotermiese reaksie in die sel, is die Peltier hitte vrygestel in die sel, soos meer sy nêrens om te gaan. As die reaksie in die sel - endotermies, die Peltier hitte is geheel of gedeeltelik te vergoed vir die endotermiese effek, dit wil sê, om 'n reaksie produk te vorm. In hierdie voorbeeld, die totale selreaksie: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endotermies, so die hitte (energie) van die Peltier is om molekules te skep en H2 O2, gevorm word op die elektrodes. So, kry ons dat die hitte van die Peltier gekies in medium in die regte N-kontak halfgeleier / metal nie terug in die omgewing vrygestel word, en gestoor word in die vorm van chemiese energie van waterstof en suurstof molekules. Dit is duidelik dat, is die werking van die eksterne spanningsbron verbruik vir die elektrolise van water, in hierdie geval kleiner as in die geval van identiese elektrodes sal wees, wat veroorsaak dat geen voorkoms van die Peltier effek ..

Ongeag van die eienskappe van die elektrodes, kan die elektrolitiese sel self te absorbeer of te genereer hitte terwyl ons deur die Peltier huidige daaraan. Die kwasi-statiese toestande, die potensiaal verandering van die Gibbs selle [4, p. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, waar

Δ H - entalpieverandering van die sel;

T - termodinamiese temperatuur;

Δ S - verandering in die entropie van die sel;

Q = - T Δ S - hitte van die Peltier sel.

Vir 'n waterstof-suurstof elektrochemiese sel by T = 298 (K), die verandering in entalpie ΔHpr = - 284,5 (kJ / mol) [8, p. 120], die verandering in die Gibbs potensiaal [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96.485 * 1,23 = - 237,3 (kJ / mol), waar

z - aantal elektrone per molekule;

F - Faraday konstante;

E - emk sel.

daarom

Q ST = - T Δ S AVE = Δ G ens - Δ H ens = - 237,3 + 47.2 = 284,5 (kJ / mol)> 0,

dit wil sê waterstof-suurstof elektrochemiese sel genereer hitte in die Peltier omgewing, terwyl die verbetering van sy entropie en die verlaging van sy. Dan, in die omgekeerde proses, die elektrolise van water, wat die geval is in ons voorbeeld, Peltier warmte Q mod = - Q ST = - 47.3 (kJ / mol) van die elektroliet sal geabsorbeer word uit die omgewing.

Dui P - Peltier hitte uit die omgewing in die regte N-kontak halfgeleier / metaal. Die hitte P> 0 moet in die sel staan nie, maar omdat ontbinding van water in die sel endotermiese reaksie (Δ H> 0), die Peltier hitte P is om te vergoed vir die termiese effek van die reaksie:

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

Mod Q hang net af van die samestelling van die elektroliet, aangesien Dit is 'n kenmerk van die elektrolitiese sel met inerte elektrode, en N is afhanklik slegs op die elektrode materiaal.

Vergelyking (1) dui aan dat die hitte van die Peltier P en Peltier hitte mod Q, is die produksie van nuttige werk. dit wil sê Peltier hitte weggeneem uit die medium verminder die koste van 'n eksterne kragbron nodig is vir elektrolise. 'N Situasie waar die hitte medium is 'n bron van energie vir die produksie van nuttige werk, is kenmerkend van diffusie, sowel as vir baie elektrochemiese selle, voorbeelde van sulke elemente word in [3, p. 248-249].

verwysings

1. Gerasimov Ya. I. loop van fisiese chemie. Handleiding: Vir universiteite. V 2 t. T.II. - 2nd ed .. - M:. Chemie, Moskou, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier effek. // Fisiese ensiklopedie. In 5 m. T. III. Magneto - Poynting stelling. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. tel. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanof en ander - M:.. Groot Russiese Encyclopedia, 1992 - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Fisiese chemie. In 2 boeke. Vol. 1. Die struktuur van materie. Termodinamika: Proc. vir hoërskole; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. 3 ed .. - M:. Hoër. wk, 2001 -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Fisiese chemie. In 2 boeke. Vol. 2. Elektrochemie. Chemiese kinetika en katalise: Proc. vir hoërskole; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Ds - M:. Hoër. wk, 2001 -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV algemene verloop van fisika. Handleiding: Vir universiteite. In 5 m. T.III. Elektrisiteit. - 4 ed, stereotipes .. - M: FIZMATLIT;. Uitgewery van die MIPT, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. Fisiese chemie van polimere. - M:. Chemie, Moskou, 1968. - 536 p.
7. Vetter K. Elektrochemiese kinetika, vertaal uit die Duitse taal met wysigings van die skrywer se van die Russiese uitgawe, geredigeer deur Corr. USSR Akademie vir Wetenskap prof. Kolotyrkin YM - M:. Chemie, Moskou, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins Fisiese chemie. In 2 v. T.I., vertaal uit die Engelse taal van die dokter van chemiese wetenskappe Butin KP - M:. Mir, Moskou, 1980. - 580 p.