Užitočné práce teplom životného prostredia

Part 1. Niektoré termíny a definície.

Elektromotorická sila (emf) je integrálny silové pole časť vonkajšej obsahuje zdroj prúdu ... vonkajšia sila pôsobiaca v elektrolytickej bunky na rozhraní medzi elektrolytom a elektródami. Tiež pôsobí na hranici medzi dvoma rôznymi kovmi a určenie kontaktné potenciálny rozdiel medzi nimi [5, s. 193, 191]. Vyššie skoky potenciálov na všetkých povrchoch časti obvodu sa rovná rozdielu potenciálu medzi vodičmi, ktorý sa nachádza na konci reťazca, a je nazývaný elektromotorické silu emf vodič okruh ... reťazcom pozostávajúci iba z vodičov prvého druhu sa rovná potenciálnemu skoku medzi prvým a posledným vodičom v priamom kontakte je (Volta zákon) ... Ak je správne otvorený okruh EMF tento okruh je nulová. Ak chcete vodič s otvoreným okruhom, ktorý obsahuje aspoň jeden elektrolyt, použiteľné právo voltov ... Je zrejmé, že iba vodič obvod obsahuje aspoň jeden vodič druhého druhu sú elektrochemické bunky (alebo reťaze elektrochemické prvky) [1, s. 490-491].

Polyelektrolyty sú polyméry, ktoré sú schopné disociovať na ióny v roztoku, čím sa v rovnakej makromolekule, veľký počet opakujúcich sa poplatkov ... zosietené polyelektrolyty (iónomeniče, Iónomeničové živice) nerozpúšťa, len bobtnajú, pri zachovaní schopnosti disociovať [6, s. 320-321]. Polyelektrolyty disociujú na negatívne nabitú macroion a H + ióny, sa nazývajú polykyseliny a disociuje na kladne nabité ióny a OH macroion zvaných poliosnovaniyami.

Donnan rovnováha potenciál je potenciálny rozdiel, ktorý sa vyskytuje na fázovom rozhraní medzi dvoma elektrolyty, pokiaľ tento limit nie je priepustná pre všetky ióny. Nepriepustnosť limity pre niektoré ióny môžu byť spôsobené napríklad prítomnosť membrán s veľmi úzkymi pórmi, ktoré sú nepriechodné pre častice určitej veľkosti. Selektívna priepustnosť rozhrania dochádza aj v prípade akejkoľvek ióny tak pevne spojené s jedným z fáz, ktoré ho opúšťajú všeobecne nemožno. Presne sa správajú iónových ionexových živíc, alebo Iontomeničová skupina pevnej homopolárnym väzbu v molekulových mriežky alebo matrice. Riešenie, že sa v týchto matriciach formy spolu s ním jednu fázu; roztoku, ktorý sa nachádza mimo, - druhý [7. 77].

Elektrická dvojvrstva (EDL) dochádza na rozhraní oboch fáz sada opačne nabitých vrstiev, usporiadaných v určitej vzdialenosti od seba navzájom [7. 96].

Peltierova túto izoláciu alebo absorbovanie tepla na styku dvoch rôznych vodičov v závislosti od smeru elektrického prúdu pretekajúceho kontaktu [2, s. 552].

Časť 2: Použitie tepelného pôsobenia pri elektrolýze vody.

Predpokladajme mechanizmus výskytu obvodu elektrochemického článku (ďalej len prvok), znázornené schematicky na obr. 1, emf vzhľadom k vnútornej kontaktné potenciálny rozdiel (PKK) a účinku Donnan (krátky opis charakteru účinku Donnan, vnútorné PKK a súvisiace Peltier teplo je v tretej časti článku).

Obr. 1. Schematické znázornenie elektrochemického článku: 1 - katóda sa uvedie do styku s roztokom 3, elektrochemická redukcia reakcie elektrolytu katióny vyskytujú na povrchu, vyrobené z chemicky inertného silne dotovaného n-polovodiče. Časť katódy spájajúce ho s externým zdrojom napätia, metalizovaného; 2 - anóda sa uvedie do styku s roztokom 4, na ich povrchu dochádza elektrochemickú oxidačné reakcie elektrolytu aniónov, vyrobené z chemicky inertného silne dotovaného p-polovodiče. Časť anódy spájajúce ho s externým zdrojom napätia, metalizovaný; 3 - katóda priestor, polyelektrolyty riešenie, disociující vo vode pri macroion r- záporne nabité a kladne nabitými protiionty malý K + (v tomto príklade je vodíkový ion H +); 4 - anódový roztok priestor polyelektrolytu pri rozlišovaní vode na kladne nabitú macroion R + a záporne nabitými protiionty malé A- (v tomto príklade je hydroxid ióny OH); 5 - membrána (membrána), je nepriepustná pre makromolekúl (macroion) polyelektrolyty, ale úplne priepustná pre malé protiionty K +, A- a molekúl vody spoločenských priestorov 3 a 4; Evnesh - externý zdroj napätia.

EMF Donnan efektom

Pre jasnosť, elektrolyt z priestoru katódy (. 3, Obrázok 1) je vybraný vodný roztok polykyselinovou (R-H +), elektrolytu a anódového priestoru (4, obr 1.) - vodný poliosnovaniya (R + OH). V dôsledku disociačných polykyselin v katódovej priestore, v blízkosti povrchu katódy (1, obr. 1), je tu zvýšená koncentrácia H + iónov. Kladný náboj sa objavuje v blízkosti povrchu katódy nevyrovnané negatívnym nábojom macroions R-, pretože nemôžu priblížiť k povrchu katódy vzhľadom k svojej veľkosti a prítomnosti pozitívne nabité iónovej atmosféry (podrobnosti viď. Opis Donnan efekt v prílohe №1 tretej časti článku). To znamená, že hraničná vrstva roztoku priamo v kontakte s povrchu katódy má kladný náboj. V dôsledku toho elektrostatický indukcie na povrchu katódy, susediace s roztokom, je záporný náboj z elektrónov vedenia. tj na rozhraní medzi povrchu katódy a riešenie DES dochádza. Oblasť DES tlačí elektróny z katódy - do roztoku.

Rovnako tak, na anóde (2, obr. 1), limitná vrstvy roztoku v anódovej priestore (4, obr. 1) v priamom kontakte s povrchu anódy má negatívny náboj, a na povrchu anódy, susediace s roztokom, je kladný náboj. tj na rozhraní medzi povrchu anódy a riešenie tiež dochádza DES. Oblasť DES tlačí elektróny z roztoku - anódou.

To znamená, že pole DES na rozhraniach katódou a anódou s roztokom, podporované riešenie chladenia iónov difúzie, sú dve vnútorné zdroj emf, konajúci v súlade s externým zdrojom, tj., tlačí záporné náboje v slučke proti smeru hodinových ručičiek.

Disociácia poliosnovaniya polykyseliny a tiež spôsobuje tepelnú difúziou cez membránu (5, obrázok 1) H + iónov z katódového priestoru -. K anóde, a OH- ióny z anódového priestoru - katóda. Macroion R + a R- polyelektrolyty nemôže pohybovať cez membránu, a tak sa od katódového priestoru existuje prebytočné negatívny náboj, a z anódového priestoru - prebytku kladného náboja, to znamená, tam je ďalší DPP pôsobením Donnan. To znamená, že membrána tiež dochádza vnútri EMF, konajúci v súlade s vonkajším zdrojom tepla a udržuje difúzie roztoku iónov.

V našom príklade je napätie na membráne môže dosiahnuť 0,83 voltov, as to zodpovedá zmene potenciálu štandardnej vodíkovej elektróde z - 0,83 až 0 voltov na prechode z alkalického prostredia v anódovej priestore Katódová komora kyslom prostredí. Podrobnosti viď. V prílohe №1 tretej časti článku.

EMF PKK zvnútra

EMF Element To nastane, a to aj v kontakte polovodičového anódou a katódou na ich kovové časti, slúžiaci na pripojenie externého zdroja napätia. tento emf kvôli vnútornej PKK. Vnútorné IF nevytvára, na rozdiel od vonkajšieho poľa v priestore obklopujúcom kontaktné vodiče, tj. To nemá vplyv na pohyb nabitých častíc vonkajších vodičov. Construction n-polovodič / kov / p-polovodič je dostatočne známy a je používaný, napríklad termoelektrický modul Peltierov. veľkosť emf takáto štruktúra pri teplote miestnosti, môže dosiahnuť hodnôt rádovo 0,4 - 0,6 Volt [5, s. 459; 2, s. 552]. Polia v kontaktoch sú smerované tak, aby tlak elektróny proti smeru hodinových ručičiek v slučke, tj. akt v súčinnosti s externým zdrojom. Elektróny zvýšiť úroveň energie médiá absorbujúce teplo z Peltier.

Vnútorné IF vznikajúce v dôsledku difúzie elektrónov v kontaktných miestach elektród a riešenia, naopak tlačí elektróny v smere hodinových ručičiek v slučke. tj pohyb elektrónov v prvku proti smeru hodinových ručičiek v týchto kontaktoch musia byť pridelené Peltierova tepla. ale preto, prenos elektrónov z katódy do roztoku a roztoku na anóde je nutne sprevádzané endotermní reakcie generujúce vodík a kyslík, teplo z Peltier nie je uvoľnený do média, a je znížiť endotermický efekt, tj. ako "konzervatívny" v entalpia tvorby vodíka a kyslíka. Podrobnosti viď. V prílohe №2 tretej časti článku.

nosiče (elektróny a ióny) sa pohybujú v okruhu prvkov nie je uzavreté cesty, v prvku bez poplatku sa nepohybuje v uzavretom okruhu. Každý elektrón anóda získané z roztoku (v priebehu oxidácie OH- ióny na molekuly kyslíka), a prechádza vonkajším obvodom ku katóde, je odparovaný s molekúl vodíka (v spôsobe izolácia iónov H +). Podobne ióny OH- a H + nepohybujú v uzavretom okruhu, ale iba na zodpovedajúcu elektródu, a potom sa odparí vo forme molekulárneho vodíka a kyslíka. tj a ióny a elektróny každý pohybujúce sa v jeho prostredí v urýchľovací oblasti DES a koniec dráhy, keď sa dostanú na povrchu elektródy sú spojené v molekule, čím sa celá uloženú energiu - energiu chemickou väzbou, a zo slučky!

Všetky vnútorné zdroje emf Prvok, znížiť náklady na externý zdroj pre elektrolýzu vody. To znamená, že teplo z okolitého absorbujúci prvkami počas jeho prevádzky udržiavať difúziu DES, je zníženie nákladov na externý zdroj, tj., To zvyšuje účinnosť elektrolýzy.

Elektrolýza vody bez akéhokoľvek vonkajšieho zdroja.

Pri posudzovaní procesy vyskytujúce sa v prvku, znázorneného na obr. 1, externý zdroj parametre nie sú brané do úvahy. Predpokladajme, že vnútorný odpor sa rovná Rd a napätia 0. To Evnesh Element elektródy sú skratované na pasívne zaťaženie (viď obr. 5). V tomto prípade je smer a veľkosť DES polí vznikajú na rozhraní v prvky zostávajú rovnaké.

Obr. 5. Miesto Evnesh (obr. 1), vrátane pasívne záťaže RL.

Stanovenie podmienok spontánneho prúdu v tomto prvku. Zmena potenciálu Gibbs, podľa vzorca (1) prílohy №1 tretej časti článku:

Δ G ARR = (H ARR Δ - n) + Q mod

Ak P> Δ H + Q mod mod = 284,5 až 47,2 = 237,3 (kJ / mol) = 1,23 (eV / molekula)

Δ G ARR <0 a spontánny proces, je to možné.

Budeme sa ďalej za to, že prvky generácia vodík reakcia prebieha v kyslom prostredí (elektródový potenciál 0 voltov), a kyslíka v alkalickom (elektródového potenciálu 0,4 voltu). Tieto elektródové potenciály poskytuje membránu, (5, obr. 5), je napätie, pri ktorom by to malo byť 0,83 voltov. tj energia potrebná pre vytvorenie vodíka a kyslíka je znížená o 0,83 (eV / molekulu). Potom sa podmienkou možnosti spontánny proces:

P> 1,23 - 0,83 = 0,4 (eV / molekula) = 77,2 (kJ / mol) (2)

Zistili sme, že energetická bariéra z vodíka a kyslíka molekúl vyhnúť a bez použitia externého zdroja napätia. tj aj pri n = 0,4 (eV / molekulu), tj. Keď je vnútorná elektróda HPDC 0,4 voltov, sa prvok v stave dynamickej rovnováhy, a akýkoľvek (aj malé) zmena podmienok rovnováhy spôsobí, že prúd v obvode.

Ďalšou prekážkou na reakcie na elektródach je aktivačné energie, ale je eliminovaný účinok tunela, vznikajúce v dôsledku malého rozsahu medzery medzi elektródami a riešenie [7, s. 147-149].

Tak, na základe energie úvah, dôjdeme k záveru, že spontánny prúdu v prvku, znázorneného na obr. 5, je to možné. Ale to, čo fyzické dôvody môžu spôsobiť tento prúd? Tieto dôvody sú uvedené nižšie:

1. pravdepodobnosť prechodu elektrónov z katódy do roztoku vyššie ako pravdepodobnosť prechodu z anódy do roztoku, pretože n-polovodič katóda má veľa voľných elektrónov s vysokou energiou, a p-polovodiče anóda - iba "diery", a tieto "diery", sú na úrovni energie pod katódy elektróny;

2. Membrána je podporovaná v katódovej priestore kyslom prostredí, a v anóde - alkalické. V prípade inertných elektród, to vedie k tomu, že potenciálny katóda elektróda sa stáva väčší ako anódy. V dôsledku toho sa musí elektróny sa pohybujú cez externý obvod od anódy ku katóde;

3. povrchový náboj z polyelektrolytov riešenie vzniknutých v dôsledku pôsobenia Donnan, vytvára sa na elektródy / oblasti riešenia tak, aby polia na katóde podporuje výťažok elektrónov z katódy do roztoku, a polia na anóde - vstup elektrónov do anódy z roztoku;

4. rovnováha vpred a vzad reakcie na elektródach (výmena prúdy) predopnutie smerom ióny H + rekcia priama redukcia na katóde a oxidáciou OH- iónov na anóde, od sú sprevádzané tvorbou plynu (H2 a O2), ktorý je schopný ľahko odchádzajúci reakčnú zónu (Le Chatelier princíp).

Experimenty.

Pre kvantitatívne vyhodnotenie napätia na záťaži efektom Donnan, experiment bol vykonaný v ktorom je katóda prvok pozostával z aktívneho uhlia s vonkajšou grafitové elektródy, anóda - zmes aktívneho uhlia a anexu AB-17-8 s vonkajším grafitové elektródy. Elektrolytov - vodný roztok hydroxidu sodného, anóda a katóda sú od seba oddelené priestory syntetickou plsťou. Na otvorenej vonkajšej elektródy tohto prvku malo napätie 50 mV. Pri pripojení k prvku vonkajšieho zaťaženia 10 ohm pevný prúd asi 500 uA. Pri zvýšení okolitej teploty od 20 až 30 0C napätie na vonkajšej elektródy sa zvýšil na 54 mV. Zvýšenie napätia pri izbovej teplote potvrdzuje, že zdroj emf je difúzia, tj. tepelný pohyb častíc.

Pre kvantitatívne vyhodnotenie napätie na zaťaženie od vnútornej liatie pod vysokým tlakom kov / polovodičového experiment bol vykonaný v ktorom je bunka katóda sa skladá zo syntetického grafitového prášku s vonkajším grafitové elektródy, anóda - prášok z karbidu bóru (B4C, p-polovodič), s vonkajším grafitové elektródy. Elektrolytov - vodný roztok hydroxidu sodného, anóda a katóda sú od seba oddelené priestory syntetickou plsťou. Na otvorených vonkajších elektród prvku napätia bola asi 150 mV. Pri pripojení vonkajšieho zaťaženia na prvok 50 kOhm napätie klesne na 35 mV., Takýto silný pokles napätia vzhľadom k nízkej vlastnej karbidu bóru, a v dôsledku toho vysoký vnútorný odporového prvku. Vyšetrovanie napätia v závislosti od teploty pre prvok takejto konštrukcie sa nevykonáva. To je spôsobené skutočnosťou, že, pre polovodiče, v závislosti na jeho chemickom zložení, stupeň dopingu a ďalších vlastností, zmena teploty v rôznych spôsoboch môžu ovplyvniť jej úroveň Fermiho. tj Vplyv teploty na emf Element (zvýšenie alebo zníženie), v tomto prípade závisí od použitých materiálov, takže to nie je určujúci pre experiment.

V tomto okamihu sa pokračovalo ďalšie experiment, v ktorom je bunka katóda vyrobený zo zmesi aktivovaného uhlíkového prášku a KU-2-8 s vonkajším nerezovej elektródy ocele a anódu zo zmesi aktívneho uhlia prášku a anexu AB-17-8 do vonkajšej elektródy z nerezová oceľ. Elektrolyt - vodný roztok chloridu sodného, anódou a katódou priestory sú oddelené syntetickou plsťou. Vonkajšie elektródy tohto prvku októbra 2011 sú schopné skratu pasívne ampérmeter. Prúd, ktorý ukazuje ampérmeter, približne jeden deň, po otočení, o 1 mA - do 100 MKA (čo je zrejme v dôsledku polarizácie elektród), a od tej doby viac ako rok sa nemenia.

V praktických pokusoch opísaných vyššie v súvislosti s viacerými účinnými materiálmi neprístupnosť získaných výsledkov podstatne nižšie ako teoreticky možný. Okrem toho byť vedomí, že súčasťou celkového vnútorného emf Prvok spotrebováva pre udržanie reakcie elektród (na výrobu vodíka a kyslíka), a nemôže byť meraná vo vonkajšom obvode.

Záver.

Ak zhrnieme, môžeme konštatovať, že príroda nám umožňuje prevádzať tepelnú energiu na využiteľnú energiu či prácu, pri použití ako "ohrievač" prostredia a nemajú "chladničku". Tak Donnan účinku a vnútorné IF prevedie tepelná energia nabitých častíc v poľa energie elektrického DEL ako endotermického reakčného tepla sa prevádza na chemickú energiu.

Považovaná za kontaktný prvok spotrebúva teplo z média a vody, a prideľuje elektrickej energie, vodíka a kyslíka! Okrem toho, proces spotreby energie a použitie vodíka ako paliva, a voda sa vracia späť do vykurovacieho média!

Časť 3 prílohy.

Táto časť sa ďalej zaoberá Donnan rovnovážne, na križovatke vnútorného liatie pod vysokým tlakom kov / polovodič a Peltier tepla na oxidačno redukčných reakcií a elektródových potenciálov v prvku.

Donnan potenciál (dodatok №1)

Zvážiť mechanizmus vzniku Donnan potenciálom polyelektrolytu. Po štiepenie polyelektrolytovými protiionty začne jej malá, difúziou, takže objem obsadený makromolekuly. Smerové difúzia protiionty malých objem polyelektrolytov makromolekúl v rozpúšťadle je vzhľadom k zvýšenej koncentrácii v objeme makromolekuly v porovnaní so zvyškom roztoku. Ďalej, v prípade, napríklad, malé protiionty sú záporne nabité, to má za následok, že vnútorná časť makromolekuly sú pozitívne nabité, a roztok sa bezprostredne priliehajúce k objemu makromolekuly - negatívny. tj okolo kladne nabité objemu macroion, je druh "iónov atmosféra" malých protiionty - záporne nabité. Ukončenie rastu iónový atmosféra nabíjaní dochádza, ak je elektrostatické pole medzi zväzku iónov macroion atmosférou a vyrovnáva tepelné difúzie malých protiionty. Výsledný rovnováha potenciálny rozdiel medzi atmosférou a iónových macroions je Donnan potenciál. Donnan potenciál je tiež označovaná ako membránový potenciál, pretože Podobná situácia nastáva na polopriepustnou membránou, napríklad, keď sa oddeľuje roztok elektrolytu, ktorý má ióny dvoch druhov - schopných a nie sú schopné, aby prešiel cez čistého rozpúšťadla.

Donnan potenciál môže byť považovaná za limitujúci prípade difúzneho potenciálu, keď sa mobilita jedného z iónov (v tomto prípade macroion) je nulový. Potom, v súlade s [1, s. 535], prevzatie počítadlá sa rovná jednej:

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

Ed - Donnan potenciál;

R - univerzálna plynová konštanta;

T - termodynamická teplota;

F - Faradayova konštanta;

A1, A2 - protiopatrenia v kontaktných fázach.

V tomto prvku, vyznačujúci sa tým, že membrána oddeľuje poliosnovaniya roztoky (pH = Lg 1 = 14) a polykyselin (pH = Lg 2 = 0), Donnan potenciálu naprieč membránou pri izbovej teplote (T = 300 K 0) by bolo:

E d = (RT / F) (Lg 1 - Lg 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14-0) * ln (10) = 0,83 voltov

Donnan potenciál zvyšuje v priamej úmere k teplote. Difúziu elektrochemického článku Peltierova tepla je jediným zdrojom pre výrobu užitočnej práce, nie je prekvapujúce, že tieto prvky emf sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. V difúzne komôrke na výrobu diela, Peltier teplo je vždy z okolitého prostredia. Keď prúd preteká EDL vytvorený Donnan účinok, v smere, ktorý sa zhoduje s kladným smerom oblasti DES (to znamená, keď pole DES vykonáva pozitívny práce), je teplo absorbované z okolitého prostredia na výrobu tohto dokumentu.

Ale difúzna prvok je kontinuálna a jednosmerný zmena koncentrácie iónov, čo v konečnom dôsledku vedie k vyrovnávaniu koncentrácie a zastavovanie riadené difúziu, na rozdiel od rovnovážneho Donnan, kde, v prípade úniku quasistatic koncentrácie prúdy iónov, akonáhle raz dosiahol určité hodnoty, zostáva bez zmeny ,

Obr. 2 ukazuje diagram redox potenciálu reakciou vodíka a pri meniacom sa kyslosť roztoku kyslíka. Z grafu je zrejmé, že elektróda potenciál pre tvorbu reakcie kyslíka v neprítomnosti iónov OH- (1,23 voltov v kyslom prostredí), sa líši od rovnaký potenciál pri vysokej koncentrácii (0,4 voltov v alkalickom prostredí) na 0,83 voltov. Podobne, elektróda potenciál vodíkové tvoriaci v neprítomnosti H + (-0.83 voltov v alkalickom prostredí) sa líši od rovnaký potenciál pri vysokej koncentrácii (0 V, v kyslom prostredí), a to aj pri 0,83 V. [4. 66-67]. tj zrejmé, že 0,83 voltu je potrebné, aby sa dosiahlo vysoké koncentrácie vody v príslušných iónov. To znamená, že je potrebné 0,83 voltov na hmotnosti neutrálne disociácia molekúl vody do H + a OH- ióny. Teda, v prípade, že membrána je podporovaný v našom prvok katódy priestor kyslom prostredí a v alkalickom anodickou, napätie môže dosiahnuť svoje DEL 0,83 voltov, čo je v dobrej zhode s teoretickými výpočtami uvedených skôr. Toto napätie umožňuje vysokú vodivosť priestor DES membránu vody disociáciu na ióny v ňom.

Obr. 2. Diagram redox reakcie potenciály

rozklad vody a + ióny H a OH na vodík a kyslík.

IF a Peltier tepla (dodatok №2)

"Príčinou Peltierova javu je to, že priemerná energia nosičov náboja (pre určitosť elektróny) zapojený do elektrickej vodivosti v rôznych vodičov rôznych ... Pri prechode z jedného vodiča do iného elektrón alebo prenášať prebytočnej elektrickej siete alebo doplniť nedostatok energie na svoje náklady (v závislosti na smere prúdu).

Obr. 3. Peltierov efekt na kontaktné kovu a polovodičov N-: ԐF - Fermiho hladiny; ԐC - dno pásma vodivosti polovodiča; ԐV - valenčné pás; I - kladný smer prúdu; kruhy s šípkami znázornené schematicky elektróny.

V prvom prípade v blízkosti kontakte sa uvoľní, a druhá - tzv vstrebáva .. Peltier tepla. Napríklad, na kontaktné polovodiče - kov (obrázok 3) energie elektrónov, ktoré prejdú z n-polovodič typu na kov (vľavo touch) je výrazne vyššia ako energia ԐF Fermiho. Z tohto dôvodu, sú porušenie tepelné rovnováhy v kove. Rovnováha je obnovený v dôsledku kolízie, v ktorej thermalized elektróny, pričom prebytočnej energie kryštalický. grid. Polovodičové kovu (vpravo touch) môžu prechádzať len tie energetické elektróny, tak, že elektrónový plyn v kove sa ochladí. Na obnovenie rovnovážnu distribúciu kmitanie energie spotrebovanej mriežky "[2, s. 552].

Pre kontakt kov / p-polovodič je situácia obdobná. pretože p-vodivosť polovodičové otvory poskytne svoje valenčné pás, ktorý je pod úrovňou Fermiho, potom je kontakt so schladí, v ktorom elektróny prúdia z p-polovodič na kov. Peltier teplo uvoľnené alebo absorbované styku dvoch vodičov, vzhľadom na výrobu negatívne alebo pozitívne vnútorného IF.

V ľavom vzdialeností kontaktov (obr. 3), na ktorom rozdelenie Peltierova tepla, elektrolytické bunky, napríklad vodný roztok hydroxidu sodného (obrázok 4) a kovový polovodič a n-nech je to chemicky inertný.

Obr. 4. Ľavý kontakt n-polovodič a kov je otvorený a umiestnený v medzere roztoku elektrolytu. Označenie sú rovnaké ako na obr. 3.

Vzhľadom k tomu, keď tečie prúd «I», polovodičový n-elektrónov v vyššiu energiu doraziť riešenie, než sa dostane z riešení v kovu, tento prebytok energie (teplo Peltier), musí stáť v bunke.

Prúd prechádzajúci bunkou môže byť len prípad netesnosti v ňom elektrochemických reakcií. Ak sa exotermickej reakcie v bunke, teplo Peltier sa uvoľňuje v bunke, ako je Viac ona nemá kam ísť. V prípade, že reakcia v bunke - endotermní tepelný Peltier je úplne alebo čiastočne kompenzovať endotermické účinok, tj, za vzniku reakčného produktu. V tomto príklade je celkový bunkový reakcia: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endotermická, takže teplo (energia) Peltierov je vytvoriť molekuly a H 2O 2, sú vytvorené na elektródach. Dostávame tak, že teplo z Peltier vybraná v médiu v pravom n-kontaktný polovodičového / kov nie je uvoľnená späť do životného prostredia, a je uložený vo forme chemickej energie vodíka a kyslíka molekúl. Je zrejmé, že prevádzka externého zdroja napätia sa spotrebuje pre elektrolýzu vody, v tomto prípade bude menšia, než v prípade zhodných elektród, čo spôsobuje žiadny výskyt Peltierova javu ..

Bez ohľadu na to vlastností elektród, vaňo sám môže absorbovať alebo generovať teplo pri priechode prúdu nemu Peltierova. Kvázistatické podmienky, možné zmeny buniek Gibbsových [4, s. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, kde

Δ H - entalpia zmena bunky;

T - termodynamická teplota;

Δ S - zmena entropie bunky;

Q = - T Δ S - teplo z Peltierova článku.

Pre elektrochemickom článku vodíka a kyslíka pri T = 298 (K), zmeny entalpie ΔHpr = - 284,5 (kJ / mol) [8, s. 120], zmena Gibbs potenciálu [4. a. 60]:

ΔGpr = - ZFE = 2 * 96485 * 1,23 = - 237,3 (kJ / mol), kde

z - počet elektrónov v molekule;

F - Faradayova konštanta;

E - emf bunka.

teda

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

tj vodíka a kyslíka Elektrochemický článok vytvára teplo v prostredí Peltierova, pri súčasnom zvýšení jeho entropia a znižovať jeho. Potom, v inverznom procese elektrolýzy vody, čo je prípad v našom príklade Peltier teplo Q mod = - Q ave = - 47,3 (kJ / mol) elektrolytu bude absorbovaná z prostredia.

Označme P - Peltierov teplo odobrané z prostredia, v pravom n-kontaktný polovodičového / kov. Teplo P> 0 musí stáť v bunke, ale preto, rozklad vody v bunkovej endotermickej reakcie (Δ H> 0), Peltierov teplo P je pre kompenzáciu tepelného účinku reakcie:

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

Mod Q závisí len od zloženia elektrolytu, pretože To je charakteristické elektrolyzéra s inertnými elektródami, a n je závislá iba na elektródových materiálov.

Rovnica (1) ukazuje, že teplo z Peltierova P a Peltier teplo mod Q, je výroba užitočnej práce. tj Peltier teplo odobrané z prostredia znižuje náklady na externý zdroj energie potrebnej pre elektrolýzu. Situácia, kedy sa tepelné médium je zdrojom energie na výrobu užitočnej práce, je charakteristická pre šírenie, ako aj pre mnoho elektrochemických článkoch, príklady takýchto prvkov sú uvedené v [3, s. 248-249].

Referencie

1. Gerasimov Ya. I. kurz fyzikálnej chémie. Cvičenie: Pre vysoké školy. V 2 t. T.II. - 2nd ed .. - M :. Chemistry, Moskva, 1973. - 624 s.
2. Dashevskiy 3. M. Peltierov efekt. // Physical encyklopédie. V 5 m. T. III. Magneticko - Poyntingův veta. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. počítať. DM Alekseev, A. M. Baldini, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov a ďalšie - M: .. Veľká encyklopédia rusky, 1992. - 672 s. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS fyzikálnej chémie. Vo 2 knihách. Vol. 1. Štruktúra látok. Termodynamika: Proc. na vysokých školách; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. a kol Godnev -., 3. vyd .. - M :. Vyššia. wk, 2001 -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS fyzikálnej chémie. Vo 2 knihách. Vol. 2. Elektrochémia. Kinetika a katalýza: Proc. na vysokých školách; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al., -3 ed., Rev. - M :. Vyššia. wk, 2001 -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV všeobecný kurz fyziky. Cvičenie: Pre vysoké školy. V 5 m. T.III. Elektrina. - 4. vydanie, stereotypy .. - M: FIZMATLIT ;. Vydavateľstvo MIPT, 2004. - 656 s. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tagermi A. A. Fyzikálna chémia polymérov. - M :. Chemistry, Moskva, 1968. - 536 s.
7. Vetter K. elektrochemické kinetika, prekladal z nemčiny s pozmeňujúcimi a doplňujúcimi návrhmi autorky k ruskej vydanie, editoval Corr. ZSSR Akadémie vied prof. Kolotyrkin YM - M :. Chemistry, Moskva, 1967. - 856 s.
8. P. Atkins fyzikálnej chémie. V 2. v. T. I., preložil do angličtiny lekára chemických vied Butin KP - M :. Mir, Moskva, 1980. - 580 s.