Central elétrica de um copo de água fervente

Como você sabe, a eletricidade pode ser produzida usando geradores eletrodinâmicos (vapor, vento ou água), células solares, bem como a conversão da diferença de temperatura de dois condutores e semicondutores diferentes, trabalhando no efeito Seebeck. Mais frequentemente, é possível ouvir sobre o efeito Peltier - a separação de temperaturas em condutores e semicondutores soldados diferentes, que é o efeito oposto de Seebeck.

Para análise, usamos um desses elementos com a marcação TEC1-12706.



O elemento foi projetado para uma tensão nominal de 12V, a máxima é um pouco mais alta, mas aumenta o risco de danos ao elemento e reduz sua eficiência. O elemento é montado a partir de 127 células e é projetado para uma corrente máxima de 6 A. Ao conectar o elemento a uma fonte de tensão, o consumo de corrente era de cerca de 2 A e a potência absorvida da fonte era de 24 watts.

Para obter eletricidade, uma placa de elemento deve ser aquecida e a segunda deve ser resfriada. No meu caso, para as cores dos fios mostradas, o lado frio é marcado, o lado quente não é marcado. Ao alterar a polaridade dos fios, os lados também mudam em suas propriedades.

Para resfriar a placa, usamos um radiador no derretimento do gelo, medimos a temperatura da superfície fria do elemento Seebeck em cerca de 0 graus.





Para aquecer o prato, coloque uma caneca de água fervente por cima e leve a temperatura da parte quente por 100 graus. Vamos esperar que a temperatura se estabilize no lado frio, que era de 11 graus.



Nesse caso, a tensão resultante nos terminais do elemento é de cerca de 1,7 V (inativa).



Com uma carga de 100 ohms, a tensão já era de 1,5 V.



A potência alocada ao resistor é de 22,5 mW. Conectamos o conversor Burst-Up de 0,8 a 5 V aos terminais do elemento Seebeck e um LED piscando na saída do conversor.

Sim, pisca, o diodo precisa de muito pouca corrente para operar (menos de 10 mA).



Em marcha lenta com a saída do conversor Burst-Up:



agora conectaremos um PowerBank proprietário capaz de acumular até pequenas correntes de carga. E ele está cobrando!



A corrente de carga pode ser estimada da seguinte forma: Eficiência de ruptura = 0,9; portanto, cerca de 20 mW de energia são fornecidos ao PowerBank. Há um conversor Step-Down no banco. Para carregar uma bateria de íon de lítio com uma tensão inicial de 2,8 V e um final de 4,2 V, a eficiência do conversor também é estimada em 0,9. Então, a energia restante será de 18 mW. A corrente de carga da bateria estará na faixa de 4,3 ... 6,5 mA, ou seja, cerca de 5 mA.

Uma estação térmica de baixa potência acabou. Não esqueça que esses números foram obtidos a uma diferença de temperatura de 90 graus, que diminui à medida que o líquido esfria no copo e o líquido frio, como você sabe, é coletado na parte inferior do copo.

Como compensar esse efeito, provavelmente o leitor já adivinhou.

Em conclusão, comparamos a produção de energia desse gerador e de uma célula fotovoltaica em miniatura com dimensões de 52x9 mm, espessura, 0,2 mm, peso 0,24 gramas, U = 0,5 V.



No equivalente à radiação solar com uma resistência de carga ideal de 1,5 Ohms, a célula emite 48 mW de potência.



Isso é quase duas vezes mais do que a energia recebida do elemento Seebeck em nosso experimento, no entanto, em tempo nublado, podemos considerar com segurança a energia emitida como uma fotocélula menos por uma ordem de magnitude, ou seja, apenas 5 mW. Então, apenas 4 células solares 52x9 mm já são equivalentes a 1 Seebeck em tempo nublado.

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