Contribuição de A.F.

O efeito Seebeck tem sido usado para geração de eletricidade em pequena escala há bastante tempo. Antes do advento dos painéis solares, esta era uma forma bastante comum de obter pelo menos alguma energia elétrica. Muita gente ainda se lembra do chamado chapéu-coco “partidário”. Com a ajuda desse pote foi possível alimentar uma estação de rádio. Uma panela com água foi colocada no fogo. Os termopares foram instalados no fundo do pote. Devido ao fluxo de calor do fogo para a água através dos termopares, o usuário recebia uma corrente elétrica.
Um análogo moderno do chapéu-coco “partidário”:

Panela termoelétrica "guerrilha"

Ao mesmo tempo, lâmpadas de querosene com efeito semelhante e potência elétrica de cerca de 5 W também eram amplamente utilizadas.
Lâmpada de querosene com gerador termoelétrico instalado:

Lâmpada termoelétrica a querosene

Atualmente, décadas depois, produtos similares começaram a ser produzidos por empresas chinesas e americanas. No entanto, eles têm uma desvantagem significativa. Os módulos termoelétricos utilizados são fabricados com tecnologia de elemento Peltier e não com tecnologia de bateria termoelétrica Seebeck. Como resultado, estes produtos têm vida muito curta.
De vez em quando você ouve como pessoas inventivas tentam obter eletricidade autônoma através de algo como “cobrir a fornalha com elementos Peltier”. Porém, não levam em conta que não basta aquecer o módulo termoelétrico. É necessário passar o máximo de calor possível. Ou seja, por um lado é eficaz para aquecer e, por outro, é muito eficaz para arrefecer. E quanto maior a diferença de temperatura, maior será a porcentagem do calor convertido em eletricidade. Você pode comprar módulos termoelétricos cerâmicos online, que são vendidos como módulos termoelétricos geradores. Mas é preciso entender que para que tal módulo termoelétrico apresente pelo menos 80% da potência declarada nele, ele deve ser resfriado com fluxo constante de água fria através de uma placa de alumínio cuidadosamente ajustada. É claro que tal resfriamento é improvável em dispositivos domésticos. E em qualquer caso, a vida útil desses módulos geradores termoelétricos é extremamente baixa devido à discrepância entre as tecnologias utilizadas para sua produção e as condições de operação. Ou seja, uma grande diferença de temperatura em comparação com os elementos Peltier. Módulos geradores, que são fabricados com tecnologia projetada para operação de longo prazo em condições reais e com alta eficiência, você pode conferir em nosso site na página Módulo Gerador Termoelétrico.
Mais um produto do nosso desenvolvimento, destinado ao uso diário. Este é um forno de energia elétrica ou um forno gerador. Este é um gerador termoelétrico montado em um fogão a combustível sólido. Projetado para aquecimento com circulação natural de refrigerante líquido. Tal forno pode fornecer ao consumidor eletricidade com potência elétrica de pico de até 2 kW (tensão 220 V), bem como 5-7 kW de energia térmica.
Esquema de um forno gerador com gerador termoelétrico.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO FORNO GERADOR

Energia elétrica no pico - 2 kW

Potência elétrica nominal constante - 150 W

Tensão - 12 V e 220 V

Potência térmica - 5-7 kW

Aquecimento - líquido

Custo - de 48.000 rublos.

Também existe a opção de gás combustível. Desenvolvemos uma caldeira de aquecimento a gás com geração de energia termoelétrica.
Esquema de funcionamento de um gerador termoelétrico - caldeira de aquecimento a gás.

Olá pessoal.
Apresento a vocês mais um conjunto para montagem de auxílio visual para aulas de física, seção de eletricidade, ou apenas um modelo de ventilador com gerador termoelétrico. Contém um motor elétrico e uma fonte de energia em forma de elemento Peltier. Este auxílio visual mostra como você pode usar fontes alternativas de energia e simplesmente amplia seus horizontes. Você pode chamar de brinquedo, mas com uma ressalva, pois se utiliza água quente. Então, para quem tiver interesse, consulte o gato.

Segundo a Wikipedia, um elemento Peltier é um conversor termoelétrico cujo princípio de funcionamento é baseado no efeito Peltier - a ocorrência de uma diferença de temperatura quando uma corrente elétrica flui. Na literatura de língua inglesa, os elementos Peltier são designados TEC (do inglês Thermoelectric Cooler - refrigerador termoelétrico).
Muitos já ouviram falar de tais elementos e alguns já os utilizaram para seus próprios fins. Um exemplo claro do uso de um elemento Peltier é um refrigerador de água em um escritório. A água resfriada é obtida usando um elemento Peltier.
Mas no nosso caso deveria ser o contrário. Devemos obter eletricidade deste elemento.
Nesse caso, o efeito oposto do efeito Peltier, denominado efeito Seebeck, nos ajudará.
O efeito Seebeck é o fenômeno da ocorrência de EMF em um circuito elétrico fechado que consiste em condutores diferentes conectados em série, cujos contatos estão em diferentes temperaturas. O efeito Seebeck às vezes também é chamado simplesmente de efeito termoelétrico.
Simplesmente, quando um lado do elemento é aquecido ou resfriado, é gerada eletricidade. Este construtor específico foi projetado para utilizar o efeito Seebeck e montando-o obteremos um gerador termoelétrico.
Um exemplo marcante de gerador termoelétrico que se difundiu nos anos do pós-guerra é o termogerador TGK-3:


A fonte de calor e, aliás, de luz era uma lâmpada comum de querosene. As aletas desenvolvidas proporcionaram a máxima diferença de temperatura possível para geração de energia elétrica.
Uma versão anterior do termogerador TG-1 foi usada durante a Grande Guerra Patriótica de 1943 em formações partidárias e foi uma boa ajuda para baterias e geradores automotivos.

Chapéu-coco partidário

Quando a Grande Guerra Patriótica começou, os físicos do Instituto de Física e Tecnologia de Leningrado desenvolveram o gerador termoelétrico TG-1, conhecido como “pote partidário”, especificamente para guerrilheiros e grupos de sabotagem lançados atrás das linhas inimigas. O trabalho de sua criação foi liderado por um dos colegas de Ioffe, Yuri Maslakovets, que se interessou pelos fenômenos termoelétricos em semicondutores antes mesmo da guerra. O TG-1 realmente parecia um caldeirão, foi enchido com água e colocado no fogo. Os materiais semicondutores utilizados foram um composto de antimônio com zinco e Constantan, uma liga à base de cobre com adição de níquel e manganês. A diferença de temperatura entre a chama do fogo e a água chegou a 300° e foi suficiente para gerar corrente no gerador termoelétrico. Como resultado, os guerrilheiros carregaram as baterias de sua estação de rádio. A potência do TG-1 atingiu 10 watts. O gerador foi lançado em março de 1943 no Research Institute 627 com Pilot Plant No.

Já nos familiarizamos com a finalidade e o princípio de funcionamento, agora vamos passar ao nosso designer.

Entrega e embalagem:

Entrega pela empresa de transporte em 19 dias.


Eu esperava que com essa embalagem nada acontecesse comigo.


Embalagem padrão em saco duplo com peças colocadas dentro.

Abrindo o pacote:
Base em contraplacado, várias barras idênticas. Alguns deles são usados ​​como pernas. Barra para estande. Trava em polipropileno para fixação do motor elétrico. O próprio motor elétrico e um tubo de cola. Esta foto não inclui recipiente com tampa para água fria. Mais sobre isso mais tarde.


Um copo com tampa para água quente. Fabricado em alumínio, transfere bem o calor. Dimensões 60x60 mm. A usina do conjunto estava escondida dentro do vidro - um elemento Peltier com radiador instalado. A capacidade do copo é de pelo menos 100 mililitros.

Instruções:

Não é necessário seguir estas instruções na hora da montagem, pois o gato perdeu todas as peças.

Um pouco de alcatrão:

Embora a caixa plástica estivesse em um saco separado, ela ainda estava danificada. Tirei os fragmentos e colei-os com dicloroetano. Restaram vestígios, alisei um pouco com uma lixa.

Fonte de eletricidade - elemento Peltier:
Infelizmente, ou não há marcação, ou havia, mas do outro lado.


O elemento é colado em um radiador de 40x40x20 mm e possui 11 aletas.
A propósito, um radiador semelhante pode ser obtido na ponte (norte ou sul) de uma placa-mãe antiga.


Detalhe interessante, não lembra nada?


Sim, este é um suporte para tubo de polipropileno de 1 polegada. No entanto, ele consegue consertar o motor elétrico com força.


O motor elétrico está muito fraco. Tensão operacional 5 Volts.
100% do mesmo pode ser obtido desmontando um CD-Rom antigo em que o motor é responsável pela movimentação da bandeja.


A ventoinha tem 3 pás e diâmetro de aproximadamente 55 mm. Desliza diretamente no eixo do motor.
Por alguma razão, isso me lembrou Carlson, que mora no telhado.


A cola desta vez é na verdade identificada como PVA. Não congelado. Cola bem e rapidamente.

Processo de construção:

Fixamos as pernas na base. Instalamos um bloco que limita a movimentação da banheira.
Fixamos a banheira com fita dupla-face e depois fixamos a barra longa perpendicular à base. A seguir, com cola PVA, fixamos a pinça de polipropileno com motor com ventilador pré-instalado. Para maior confiabilidade, você pode corrigi-lo com um pequeno parafuso.
Parte elétrica - conectamos os fios do motor elétrico por cor com os fios do elemento Peltier e os isolamos com tubo termorretrátil.
Neste ponto a montagem pode ser considerada completa.

Para iniciar o designer, é necessário colocar água fria em um recipiente transparente com cerca de 2/3 de sua capacidade, abaixar o radiador com as costelas para baixo e colocar em cima um copo de alumínio no qual já colocamos água quente. Para um melhor efeito visual, é melhor despejar água fervente. Em qualquer caso, quanto maior for a diferença de temperatura, mais potência o gerador dará ao motor e maior será a velocidade do ventilador.

O banho é fixado na base com cola PVA. De acordo com as instruções, foi necessária a utilização de fita dupla-face. Mas como tratei a superfície com lixa, ela grudou perfeitamente. Não há necessidade de barra de pressão.


Cometi um pequeno erro durante a montagem. O parafuso tocou um bloco retangular. Tive que avançar um pouco o motor. Além disso, o bloco não pôde ser instalado.

Vamos tentar. Não funciona! Um leve empurrão na lâmina e o ventilador ganha velocidade rapidamente.


Nossa temperatura é: 5 e 72 graus Celsius, respectivamente.
Neste caso, o voltímetro mostra 0,8 Volts. Este é o valor sob carga na forma de um motor elétrico.


O tacômetro registrou uma velocidade máxima de cerca de 1.400 por minuto.

Para melhor contato do copo com o elemento Peltier, usei pasta condutora de calor, que comprei uma vez no Aliexpress.


Com a sua utilização não é necessário empurrar o impulsor do ventilador. O motor gira sozinho.
Você pode aumentar um pouco a eficiência e nivelar o fundo do copo. Embora seja estampado e não pareça enrugado, sua superfície pode ser melhorada com lixa fina e superfície plana.
Viva, agora funciona de forma independente e com menos diferença de temperatura!
Quer mais?! Ligue o motor, a velocidade aumentará um pouco. Você também pode aumentar a diferença de temperatura.

O vídeo demonstra o layout montado por todos os lados, bem como em condições de funcionamento.
O restante do vídeo, a partir de 1:28, é sobre montagem.

Aviso:
Devido à utilização de água quente, é altamente aconselhável realizar testes sob supervisão de um adulto.
Um copo de alumínio pode ser tão quente quanto a água dentro dele. Cubra-o com material isolante autoadesivo ou manuseie-o com luvas ou alicates.
A potência do motor é fraca, então se bater nos dedos com o impulsor, está tudo bem. Não vai doer.

Conclusões:
Conjunto interessante e simples. Você pode manter seu filho ocupado durante a noite e ampliar seus horizontes. Nem todo mundo pode brincar com brinquedos no telefone.
As peças de madeira são serradas de alta qualidade. Também não há rebarbas. Madeira - tília ou álamo tremedor.
O designer foi projetado para crianças do ensino fundamental e superior. A exatidão e precisão da montagem não afetam o resultado final.
Eu recomendo usar um ferro de solda para soldar os fios. Uma alternativa é torcer os fios.
As dificuldades foram causadas na fixação da coluna na base: ou era preciso esperar mais tempo para a cola endurecer ou usar parafuso.

A plataforma é bastante universal. Em vez de um elemento Peltier, você pode usar, por exemplo, fotocélulas ou fazer uma opção reversível - um motor elétrico gera eletricidade e alimenta, por exemplo, um LED.
Ou você pode fazer um barco usando uma carroceria de espuma. Você receberá um aerobarco. Como ventilador de mesa, a ideia dificilmente é viável.
Como você notou, muitas peças podem ser obtidas localmente. Resta comprar um elemento Peltier e fazer tudo sozinho.
Isso é tudo. Obrigado pelo seu tempo.

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Você viu a bailarina? Ela está girando e fazendo seus olhos deslumbrarem. Eca!
Amarre um dínamo na sua perna! Deixe-o fornecer eletricidade para áreas subdesenvolvidas!
(A. Raikin)
Eu queria escrever sobre como os cientistas propõem carregar dispositivos durante expedições, usando fogões especiais que convertem calor em eletricidade. Por exemplo, BioLite CampStove. Compacto, pesa apenas 1 kg e cabe facilmente em uma mochila. Preço 129$

Aí me lembrei do Thermofor e de seu fogão Indigirka, que produz uma potência de 60 W a uma tensão de 12 volts.

Então encontramos mais
Hatsuden-Nabe da japonesa TES NewEnergyCorporation. Esta é uma panela com uma porta USB e pode converter o calor desperdiçado em energia para carregar seu telefone (ou qualquer outro dispositivo USB).

e de novo, e de novo, e...
Comecei a pesquisar mais e aqui está uma pequena história sobre como é útil em nossa época “redescobrir” descobertas.

O início da década de 30 do século XX pode ser considerado um verdadeiro renascimento da termoeletricidade e da termoenergética, e seu iniciador foi o Acadêmico A. I. Ioffe. Ele apresentou a ideia de que com a ajuda dos semicondutores é possível dar um verdadeiro passo na conversão de energia térmica (inclusive solar) em energia elétrica. Isso levou à criação, em 1940, de uma fotocélula para converter energia luminosa em energia elétrica.

A primeira aplicação prática de termoelementos semicondutores foi realizada na URSS durante a Grande Guerra Patriótica, sob a liderança direta de A. I. Ioffe. Era o agora amplamente conhecido “pote partidário” - um conversor térmico baseado em termoelementos feitos de SbZn e Constantan. Uma diferença de temperatura entre as junções de 250-300°C foi garantida pelo fogo do fogo enquanto a temperatura das junções frias foi estabilizada pela água fervente. Tal dispositivo, apesar de sua eficiência relativamente baixa (1,5-2,0%), forneceu energia com sucesso a uma série de estações de rádio partidárias portáteis. A “Chaleira Partidária”, como outro dispositivo semelhante, o “bule”, desenvolvia uma potência elétrica de cerca de 10 watts.
Na mesma época, aqui está este dispositivo muito divertido. Foi instalado um adaptador em uma lâmpada de querosene comum, que possibilitou alimentar um receptor de rádio, como na foto ou na lâmpada de Ilyich.

O outrora “amplamente conhecido” jogador de boliche partidário ”” agora é desconhecido para quase todo mundo, assim como o acadêmico A.I. Ioffe. É claro que em meados do século passado a indústria energética desenvolvia-se tão rapidamente que parecia que só mais um pouco e o plano de electrificação de todo o país levaria ao facto de poder ser encontrada uma saída mesmo numa zona densa floresta.

Infelizmente, o país já não é um bolo, não há plano e quase toda uma indústria, imerecidamente esquecida, está mais uma vez a encontrar o seu nicho. Não está claro por que esses gritos sobre “inventado”, “inovação” etc.?

o 1/ Nossa foto mostra físicos que participaram da desmagnetização de navios em Sebastopol. À direita está I. V. Kurchatov, no centro está Yu. S. Lazurkin (agora Doutor em Ciências Físicas e Matemáticas, chefe do setor do Instituto de Energia Atômica em homenagem a I. V. Kurchatov,

Combatente da milícia popular, professor da Universidade de Leningrado K. F. Ogorodnikov.

Membro correspondente da URSS LI P. P. Kobeko, que criou uma nova substância isolante - o escapon, que teve grande importância defensiva, em laboratório, em uma máquina de torção.

Um grupo de cientistas de Leningrado liderado pelo Acadêmico A.F. Ioffe criou e construiu um “panela partidária” - um gerador termoelétrico - em uma das fábricas de Moscou. A “panela partidária”, assim como outro dispositivo semelhante – o “bule”, desenvolvido

E. O. Paton (à direita) no local de teste enquanto testava tanques soldados usando seu método.

Na sede da ciência da aviação soviética - o Instituto Aerohidrodinâmico Central em homenagem a N. E. Zhukovsky. Na foto (da esquerda para a direita): membro correspondente da Spider Academy (agora acadêmico, presidente da Academia de Ciências da URSS) M. V. Keldysh, projetista de aeronaves S. V. Ilyushin e meritório

Acadêmico V. I. Vernadsky dita seu último trabalho.

Cirurgião Chefe do Exército Vermelho N.N. Burdenko em um dos hospitais da linha de frente nos primeiros meses da Grande Guerra Patriótica.

Meu relógio de físicos

Em 9 de agosto de 1941, o diretor científico de um dos laboratórios do Instituto de Física e Tecnologia, professor (agora acadêmico) Anatoly Petrovich Aleksandrov, e o mais tarde famoso cientista e organizador da ciência, Igor Vasilyevich Kurchatov, voaram de Leningrado para Sebastopol . Em Sebastopol, envolveram-se nos trabalhos de implementação prática do método desenvolvido no instituto de proteção de navios contra minas magnéticas, que foi realizado por um grupo de cientistas e representantes da Marinha desde o início de julho.

A essência do método era desmagnetizar a nave, ou mais precisamente, compensar a componente vertical do seu próprio campo magnético. Foi precisamente para esse componente que foram projetados os fusíveis das minas magnéticas alemãs. A compensação do campo magnético era feita por meio de enrolamentos localizados em todo o navio, por onde passava uma corrente elétrica. Posteriormente, um método de desmagnetização mais simples e sem enrolamento foi desenvolvido para pequenos navios e submarinos.

As estatísticas mostram que a desmagnetização dos navios reduz drasticamente a probabilidade de serem atingidos por minas magnéticas. Logo essas obras receberam total reconhecimento dos marinheiros militares. Nem um único navio foi enviado ao mar sem “visto” dos cientistas - sem desmagnetização e verificação do campo magnético residual.

No final de agosto, A.P. Alexandrov deixou Sebastopol para organizar os trabalhos de desmagnetização dos navios da Frota do Norte. I. V. Kurchatov permaneceu o líder do grupo de Sebastopol. Em novembro, na base flutuante submarina do Volga, o grupo foi transferido da sitiada Sebastopol para Poti. Em 1942, I. V. Kurchatov foi para Kazan, onde na época ficava o Instituto de Física e Tecnologia de Leningrado, e em 1943 chefiou uma equipe de cientistas que iniciou o desenvolvimento de armas nucleares soviéticas.

alto thermoEMF e baixa condutividade térmica.

No início da guerra, uma “caldeira partidária” foi criada no laboratório de Ioffe - um gerador termoelétrico para alimentar estações de rádio portáteis. Era uma panela com termopares localizados na parte externa do fundo. Suas juntas inflamáveis ​​​​ficavam no fogo, e as frias, presas ao fundo da panela, eram resfriadas com água despejada nela.

A seleção cuidadosa dos materiais e o uso da regeneração permitiram agora aumentar a eficiência do termoelemento para 15%. No início do século, as centrais convencionais tinham esta eficiência, mas agora mais do que triplicou. Atualmente não há lugar para um termoelemento no setor energético de grande escala. Mas também há pouca energia. Várias dezenas de watts são necessárias para alimentar uma estação retransmissora de rádio no topo de uma montanha ou uma bóia de sinalização marítima. Existem também locais remotos onde vivem pessoas que necessitam de eletricidade e calor. Nesses casos, são utilizados termoelementos aquecidos por gás ou combustível líquido. É especialmente valioso que estes dispositivos possam ser colocados num pequeno bunker subterrâneo e deixados completamente sem vigilância, apenas uma vez por ano ou com menos frequência para reabastecer o abastecimento de combustível. Devido ao baixo consumo de energia, seu consumo em qualquer eficiência acaba sendo aceitável e, além disso... não há escolha.

Os médicos encontraram uma aplicação interessante para geradores termoelétricos. Por mais de duas décadas, milhares de pessoas usaram um marca-passo cardíaco implantado sob a pele. A fonte de energia para isso é uma pequena bateria (do tamanho de um dedal) de centenas de termopares conectados em série, aquecidos pela decomposição de um isótopo inofensivo. Uma operação simples de substituição é realizada a cada 5 anos.

O elétron é produzido no Japão

Um relógio que é alimentado por um termoelemento proveniente do calor da mão.

Recentemente, uma empresa italiana anunciou o início das obras de um carro elétrico com gerador termoelétrico. Essa fonte de corrente é muito mais leve que as baterias, portanto a quilometragem de um carro termoelétrico não será menor que a de um carro convencional. (Lembre-se de que os carros elétricos são capazes de percorrer ISO km com uma carga.) Acredita-se que, por meio de vários truques, o consumo de combustível pode se tornar aceitável. As principais vantagens do novo tipo de tripulação são exaustão absolutamente inofensiva, movimento silencioso, uso do combustível líquido (e possivelmente sólido) mais barato e confiabilidade muito alta.

Na década de 1930, eram amplamente conhecidos os trabalhos com termoelementos realizados em nosso país. Provavelmente é por isso que o escritor G. Adamov descreveu em seu romance “O Segredo de Dois Oceanos” o submarino Pioneer, que recebia energia de cabos de bateria. Isso é o que ele chamou de geradores termoelétricos feitos em forma de cabos longos. Com a ajuda de uma bóia, suas junções quentes subiram para as camadas superiores do oceano, onde a temperatura chega a 20-25°C, e as junções frias foram resfriadas pela água do mar profundo com temperatura de 1-2°C. Foi assim que o fantástico “Pioneer”, barco capaz de dar cem pontos à frente dos atuais nucleares, carregou as baterias.

Isto é real? Não há relatos de experimentos diretos desse tipo na imprensa. Contudo, algo interessante aconteceu. Foi criado um gerador termoelétrico de 1.000 kW, gerando energia a partir do calor de fontes termais subterrâneas. A diferença de temperatura entre as junções quentes e frias é de 23°C, já que no oceano a gravidade específica é de 6 kg por 1 kW – muito inferior à das usinas de submarinos convencionais. Estaremos à beira de uma nova revolução energética, de uma nova era da eletricidade?