Nyttig Arbejde af varmen fra Miljø

Del 1. Nogle begreber og definitioner.

Den elektromotoriske kraft (emf) er integreret ydre kraftfelt del omfatter en strømkilde ... virkende udvendig kraft i galvanisering celler ved grænserne mellem elektrolytten og elektroderne. De arbejder også på grænsen mellem to forskellige metaller og bestemme kontakten potentielle forskel derimellem [5, s. 193, 191]. Beløb hopper potentialerne på alle overflader af kredsløb afsnittet er lig med den potentielle forskel mellem lederne, placeret ved kædeenderne, og kaldes den elektromotoriske kraft emf lederkredsløb ... kæde, der kun består af lederne af den første slags er lig med den potentielle spring mellem den første og den sidste leder i direkte kontakte dem (Volta lov) ... Hvis kredsløbet er korrekt åben, EMF dette kredsløb er nul. At korrigere åbne kredsløb leder, som omfatter mindst en elektrolyt, lovvalg volt ... Det er klart, kun lederkredsløb omfatter mindst en leder af anden art er elektrokemiske celler (eller kæder elektrokemiske elementer) [1, s. 490 - 491].

Polyelektrolytter er polymerer som er i stand til at dissociere til ioner i opløsning, således i det samme makromolekyle, et stort antal tilbagevendende afgifter ... tværbundne polyelektrolytter (ionbyttere, ionbytning resin) ikke opløses, kun svulme op, samtidig bevare evnen til at dissociere [6, s. 320 - 321]. Polyelektrolytter dissocieres til negativt ladet macroion og H + ioner kaldes polysyrer og dissocierer til positivt ladede ioner og OH- macroion kaldet poliosnovaniyami.

Donnan ligevægtspotentialet er den potentielle forskel, der opstår ved fasegrænsen mellem de to elektrolytter, hvis denne grænse ikke permeabelt for alle ioner. Impermeabilitet grænser for visse ioner kan skyldes for eksempel tilstedeværelsen af membraner med meget snævre porer, som er ufremkommelige for partikler over en vis størrelse. Selektiv permeabilitet af grænsefladen forekommer, og hvis eventuelle ioner så stærkt forbundet med en af faserne, der forlader det generelt ikke. Præcis opfører ioniske ionbytterharpikser, eller ionbytning gruppe som anført homopolær binding i molekylære gitter eller matrix. Opløsningen, bliver inde sådanne matricer danner sammen med det en enkelt fase; opløsning, placeret uden for, - den anden [7. 77].

Den elektriske tolagskapacitet (EDL) sker ved grænsefladen mellem de to faser, der er fastsat af modsat ladede lag anbragt i en vis afstand fra hinanden [7. 96].

Peltier bevirke denne isolation eller absorption af varme ved kontakt mellem to forskellige ledere afhængigt af retningen af elektrisk strøm gennem kontakten [2, s. 552].

Del 2: Ved hjælp af varmemediet i elektrolyse af vand.

Overveje mekanismen for forekomst af kredsløbet i den elektrokemiske celle (herefter element), vist skematisk i fig. 1, mere emf som følge af den indre kontakt potentielle forskel (PKK) og virkningen af Donnan (kortfattet beskrivelse af essensen af Donnan effekt, bliver intern PKK og tilhørende Peltier varme tilvejebragt i den tredje del af artiklen).

Fig. 1. Skematisk repræsentation af en elektrokemisk celle: 1 - katoden i kontakt med en opløsning af 3, den elektrokemiske reduktionsreaktion af elektrolytten kationer forekommer på dens overflade, fremstillet af et kemisk inert stærkdoteret n-halvleder. En del af katoden tilslutte den til en ekstern spændingskilde, metalliseret; 2 - anoden bringes i kontakt med en opløsning af 4, på overfladen deraf forekomme elektrokemisk oxidationsreaktion af elektrolytten anioner, fremstillet af kemisk inert stærkdoteret p-halvleder. En del af anoden tilslutte den til en ekstern spændingskilde, metalliseret; 3 - katoderum, polyelektrolytopløsning, dissociering i vand ved macroion r- negativt ladet og positivt ladede modioner lille K + (i det foreliggende eksempel er hydrogen ion H +); 4 - anoderummet polyelektrolyt opløsning i vand dissocierer i positivt ladet macroion R + og negativt ladede modioner lille A- (i dette eksempel det hydroxid ioner OH-); 5 - membranen (mellemgulvet), er impermeabel for makromolekyler (macroion) polyelektrolytter, men helt gennemtrængeligt for små modioner K +, A- og vandmolekyler fælles rum 3 og 4; Evnesh - en ekstern spændingskilde.

emf af Donnan effekt

For klarhedens skyld er elektrolytten af katoderummet (. 3, figur 1) udvalgt vandig polysyre opløsning (R-H +), elektrolytten og anoderummet (4, fig 1.) - vandig poliosnovaniya (R + OH-). Som et resultat af dissociation polysyrer i katoderummet, nær overfladen af katoden (1, fig. 1), der er en forøget koncentration af H + -ioner. Positiv ladning optræder i nærheden af katodeoverfladen ikke kompenseres negativt ladet macroions R-, eftersom de kan ikke komme tæt på overfladen af katoden på grund af sin størrelse og tilstedeværelsen af en positivt ladet ion atmosfære (for detaljer se. Beskrivelse Donnan effekt i bilag №1 af den tredje del af artiklen). Således grænselaget af en opløsning direkte i kontakt med katoden overflade har en positiv ladning. Som følge heraf en elektrostatisk induktion på katodeoverfladen, sammenhængende med opløsningen, der er en negativ ladning af ledningsforstyrrelser elektroner. dvs. ved grænsefladen mellem katodeoverfladen og DES opløsning forekommer. Område DES skubber elektroner fra katoden - til løsningen.

Ligeledes på anoden (2, fig. 1), grænselaget af opløsningen i anoderummet (4, fig. 1) i direkte kontakt med anoden overflade har en negativ ladning, og på anodeoverfladen, sammenhængende med opløsningen, er der en positiv ladning. dvs. ved grænsefladen mellem anodeoverfladen og opløsningen forekommer også DES. Felt i DES skubber elektroner fra opløsningen - en anode.

Således inden for DES ved grænsefladerne af katoden og anoden med opløsningen, støttet termisk opløsning iondiffusion, er to indre emf kilde, der handler i forening med en ekstern kilde, dvs. skubbe de negative ladninger i sløjfen mod uret.

Dissociation poliosnovaniya polysyrer og også forårsager termisk diffusion gennem membranen (5, Figur 1) H + ioner fra den katodiske rum -. Til anoden, og OH- ioner fra anoderummet - en katode. Macroion R + og R- polyelektrolytter kan ikke bevæge sig gennem membranen, så det fra katoderummet der er et overskud negativ ladning, og fra det anodiske rum - en overskydende positiv ladning, dvs. der er en anden DPP grund af Donnan virkning. Således membranen forekommer også inde i emf, handler i forening med en ekstern varmekilde diffusion og fastholdt opløsning af ioner.

I vores eksempel, kan spændingen over membranen nå 0,83 volt, som dette svarer til en ændring i potentiale standardhydrogenelektroden fra - 0,83 til 0 volt ved overgangen fra det alkaliske medium i anoderummet katoderummet surt miljø. Yderligere oplysninger findes. I bilag №1 af den tredje del af artiklen.

emf PKK indefra

Element emf Det sker, herunder i kontakt halvleder anode og katode til deres metaldele, der tjener til at forbinde den eksterne spændingskilde. Denne emf på grund af intern PKK. Indre IF skaber ikke, i modsætning til det eksterne felt i rummet omkring kontaktkonduktorerne, dvs. Det påvirker ikke bevægelsen af ladede partikler uden lederne. Konstruktion n-halvleder / metal / p-halvlederen er tilstrækkeligt kendte og anvendes for eksempel en termoelektrisk Peltier modulet. Størrelsen af emf en sådan struktur ved stuetemperatur kan nå værdier af størrelsesordenen 0,4-0,6 Volt [5, s. 459; 2, s. 552]. Felter under kontakter rettes på en sådan måde, at de skubber elektroner mod uret i sløjfen, dvs. virker sammen med den eksterne kilde. Elektronerne hæve energiniveauet af mediet absorberer varmen Peltier.

Indre IF opstår som følge af spredningen af elektroner i kontaktområderne af elektroderne, og opløsningen, tværtimod, skubber elektroner i retning med uret i sløjfen. dvs. bevægelsen af elektroner i Element uret i disse kontakter skal fordeles Peltier varme. men fordi overførslen af elektroner fra katoden ind i opløsningen og af opløsningen i anoden nødvendigvis ledsages af en endotermisk reaktion genererer hydrogen og oxygen, er varmen i Peltier ikke frigives i mediet, og er at reducere den endoterme virkning, dvs. ligesom "konserverede" i enthalpien for dannelse af hydrogen og oxygen. Yderligere oplysninger findes. I bilag №2 den tredje del af artiklen.

bærere (elektroner og ioner) bevæger sig i Element kredsløb ikke lukkede kurver, er gratis i elementet ikke bevæger sig i et lukket kredsløb. Hver elektron anode opnået fra opløsning (i løbet af oxidationen af OH- ioner til oxygenmolekyler), og ledes gennem et ydre kredsløb til katoden, forflygtiges sammen med hydrogenmolekyler (i processen med genvinding af ioner H +). Tilsvarende ioner OH- og H + bevæger sig ikke i et lukket kredsløb, men kun til den tilsvarende elektrode, og derefter inddampes i form af molekylært hydrogen og oxygen. dvs. og ionerne og elektronerne hver bevæger sig i sit miljø i den accelererende inden for DES, og enden af stien, når de når overfladen af elektroden er kombineret i molekylet omdannelse hele lagrede energi - energien af en kemisk binding, og ud af løkken!

Alle de interne kilder til emf Element, reducere omkostningerne ekstern kilde til vand elektrolyse. Således varmen i den omgivende absorberende elementer under dens drift at opretholde diffusion af DES, er at reducere omkostningerne ved den eksterne kilde, dvs. Det øger elektrolyse effektivitet.

Elektrolyse af vand uden nogen ekstern kilde.

Ved gennemgangen af de processer, der forekommer i elementet vist i fig. 1, er en ekstern kilde parametre, der ikke tages i betragtning. Antag, at den indre modstand er lig med Rd og en spænding på 0. Det Evnesh Element elektroder kortsluttet til en passiv belastning (se fig. 5). I dette tilfælde er retningen og størrelsen af DES felter opstår ved grænsefladen i elementerne forbliver de samme.

Fig. 5. I stedet Evnesh (fig. 1) herunder passiv belastning RL.

Fastlægge betingelserne for spontan strøm i dette element. Ændring af Gibbs potentiale, ifølge (1) formel i bilag №1 af den tredje del af artiklen:

Δ G arr = (Δ H arr - n) + Q mod

Hvis P> Δ H + Q mod mod = 284,5 til 47,2 = 237,3 (kJ / mol) = 1,23 (eV / molekyle)

den Δ G arr <0 og spontan proces er mulig.

Vi vil overveje yderligere at elementer brint generation reaktion forekommer i et surt medium (elektrodepotentiale af 0 volt), og oxygen i en alkalisk (elektrode spænding på 0,4 volt). Sådanne elektrodepotentialer tilvejebringer en membran (5, Fig. 5), den spænding, hvor dette bør være 0,83 volt. dvs. den nødvendige energi til dannelse af hydrogen og oxygen er mindsket ved 0,83 (eV / molekyle). Så tilstanden af muligheden for spontan proces vil:

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

Vi finder, at den energi barriere af brint og ilt molekyler undgås, og uden anvendelse af en ekstern spændingskilde. dvs. selv ved n = 0,4 (eV / molekyle), dvs. når de indre elektrode HPDC 0,4 volt, vil element være i en tilstand af dynamisk ligevægt, og enhver (selv små) ændring af restbeløbet vil forårsage strømmen i kredsløbet.

Anden hindring for reaktionerne ved elektroderne er aktiveringsenergien, men det elimineres ved tunnelen virkning, der opstår på grund af den beskedne af mellemrummet mellem elektroderne og opløsningen [7, s. 147-149].

På grundlag af energi overvejelser, konkluderer derfor vi, at spontane strøm i elementet vist i fig. 5, er det muligt. Men hvad fysiske årsager kan forårsage denne strøm? Disse grunde er angivet nedenfor:

1. Sandsynligheden for overgangen af elektroner fra katoden ind i højere end sandsynligheden for overgangen fra anoden i opløsningen opløsning, eftersom n-halvleder katode har en masse af frie elektroner med et højt energiniveau, og p-halvleder anode - kun "huller", og disse "huller" er ved et energiniveau under katode elektroner;

2. Membranen er understøttet i katoderummet af et surt miljø, og i anoden - alkalisk. I tilfælde af inaktive elektroder fører dette til, at en katodeelektrode potentiale bliver større end anoden. Følgelig må elektronerne bevæge sig gennem et ydre kredsløb fra anoden til katoden;

3. Overfladen skal polyelektrolytten løsninger opstår på grund af den Donnan retning skaber ved elektroden / opløsning felt således, at feltet ved katoden fremmer elektronudbytte fra katoden ind i opløsningen, og feltet ved anoden - elektron indtræden i anoden fra opløsningen;

4. balance frem og bak reaktioner ved elektroderne (veksel- strømme) forspændt mod H + -ioner direkte reduktionsreaktioner ved katoden og oxidation af OH- ioner ved anoden, eftersom De ledsages af dannelse af gas (H2 og O2) er i stand til let at forlade reaktionszone (Le Chateliers Princip).

Eksperimenter.

Til kvantitativ evaluering af spændingen over belastningen af Donnan virkning, blev et eksperiment udført, hvor katoden Element bestod af det aktiverede carbon med den ydre grafit elektrode og en anode - en blanding af aktivt kul og anion harpiks AB-17-8 med den ydre grafitelektroder. Elektrolyt - vandig NaOH-opløsning, anode og katode rum er adskilt af en syntetisk filt. På åbne udvendige elektroder af dette element havde en spænding på omkring 50 mV. Ved tilslutning til et element af den ydre belastning 10 ohm fast strøm på omkring 500 mikroampere. Når omgivelsestemperaturen stiger fra 20 til 30 0C spænding til den ydre elektrode steg til 54 mV. Forøgelse af spændingen ved omgivelsestemperatur bekræfter, at kilden til emf er diffusion, dvs. termisk bevægelse af partiklerne.

Til kvantitativ evaluering af spændingen over belastningen fra den indre HPDC metal / halvleder forsøg blev udført, hvori cellen katoden består af syntetisk grafitpulver med den ydre grafit elektrode og en anode - et pulver af borcarbid (B4C, p-halvleder) med den ydre grafitelektroder. Elektrolyt - vandig NaOH-opløsning, anode og katode rum er adskilt af en syntetisk filt. På åbne udvendige elektroder af grundstoffet spænding var ca. 150 mV. Ved tilslutning af eksterne belastning til elementet 50 kOhm spænding faldt til 35 mV., Sådan stærk spændingsfald grund af den lave iboende borcarbid og, som følge heraf en høj indre modstand Element. Undersøgelse versus temperatur for et element af en sådan struktur er ikke gennemført. Dette skyldes det faktum, at for en halvleder, afhængigt af dens kemiske sammensætning, grad af doping og andre egenskaber, temperaturændringen på forskellige måder kan påvirke dens Fermi-niveauet. dvs. temperatur virkning på emf Element (stigning eller fald), i dette tilfælde afhænger af de anvendte materialer, så dette er ikke vejledende eksperiment.

På dette punkt er det fortsat et andet forsøg i hvilken celle katode er fremstillet af en blanding af aktivt kul pulver og KU-2-8 med den ydre rustfrit stål, og anoden fra en blanding af aktivt kul pulver og anion harpiks AB-17-8 til den udvendige elektrode fra rustfrit stål. Elektrolyt - vandig opløsning af NaCl, anoden og katoden rum er adskilt af en syntetisk filt. Eksterne elektroder af dette element til oktober 2011 er i stand til at kortslutte den passive amperemeter. Strøm, som viser et amperemeter, om en dag efter tur, faldt med 1 mA - op til 100 MKA (som skyldes tilsyneladende polarisationen af elektroderne), og siden da mere end et år ikke ændrer sig.

I praktiske eksperimenter beskrevet ovenfor i forbindelse med de mere effektive materialer utilgængelighed opnåede resultater væsentligt lavere end teoretisk mulige. Hertil kommer, være opmærksom på, at en del af den samlede interne emf Element altid forbruges til at holde elektroden reaktion (produktion af hydrogen og oxygen) og ikke kan måles i det ydre kredsløb.

Konklusion.

Opsummerende kan vi konkludere, at naturen giver os mulighed for at konvertere termisk energi til anvendelig energi eller arbejde, mens du bruger som en "varmer" miljø og ikke at have en "køleskab". Således Donnan effekt og indre IF omdannes termisk energi af de ladede partikler i elektrisk feltenergi DEL som den endoterme reaktion varme omdannes til kemisk energi.

Betragtes kontaktelement forbruger varme fra mediet og vand, og tildeler el, brint og ilt! Desuden er processen af energiforbruget og anvendelse af hydrogen som brændstof, og vandet returnerer tilbage til varmemedium!

Del 3 i bilaget.

Denne del er yderligere diskuteret Donnan ligevægt virkning, ved krydset af den indre HPDC metal / halvleder og Peltier varme på redoxreaktioner og elektrodepotentialer i elementet.

Donnan potentiale (tillæg №1)

Overvej mekanismen for forekomst af Donnan potentiale for polyelektrolyt. Efter dissociation polyelektrolyt modioner påbegynde sit lille, ved diffusion og efterlod volumen, der optages af makromolekylet. Retningsbestemt diffusion af modioner af små volumen polyelektrolyt makromolekyler i opløsningsmidlet er på grund af øget koncentration i hovedparten af makromolekylet i sammenligning med resten af opløsningen. Yderligere, hvis for eksempel små modioner er negativt ladede, resulterer dette i, at den indre del af makromolekylet er positivt ladede, og opløsningen er umiddelbart op til volumenet af makromolekylet - negativ. dvs. omkring en positivt ladet macroion volumen, der er en slags "ion atmosfære" af de små modioner - negativt ladede. Ophør ionisk atmosfære charge vækst opstår, når elektrostatiske felt mellem ionvolumenet macroion atmosfære og saldi den termiske diffusion af små modioner. Den resulterende ligevægt potentielle forskel mellem atmosfæren og de ioniske macroions er Donnan potentiale. Donnan potentiale omtales også som membranpotentiale, fordi en lignende situation opstår på en semipermeabel membran, for eksempel når det adskiller elektrolytten opløsning, som har ioner af to slags - som kan og ikke kan passere derigennem af det rene opløsningsmiddel.

Donnan potentiale kan betragtes som et grænsetilfælde af diffusion potentiale, når mobilitet en af ionerne (i dette tilfælde macroion) er nul. Så ifølge [1, s. 535], tage ansvaret for counter lig med en:

E d = (RT / F) Ln ( a1 / a2), hvor

Ed - Donnan potentiale;

R - Universal gas konstant;

T - termodynamisk temperatur;

F - Faraday konstant;

a1, a2 - counter-aktivitet i kontaktpunkterne faser.

I dette element, hvor membranen adskiller poliosnovaniya opløsninger (pH = Lg en 1 = 14) og polysyre (pH = Lg en 2 = 0), Donnan potentiale over membranen ved stuetemperatur (T = 300 0 K) ville være:

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

Donnan potentielle stigninger i direkte forhold til temperatur. Til diffusion af den elektrokemiske celle Peltier varme er den eneste kilde til fremstilling af nyttigt arbejde, er det ikke overraskende, at sådanne elementer emf stiger med stigende temperatur. I diffusionscelle til produktion af arbejde, er Peltier varme altid fra miljøet. Når strøm gennem EDL dannede Donnan virkning, i en retning, der falder sammen med den positive retning af feltet af DES (dvs. når området for DES udfører positive arbejde), absorberes varme fra omgivelserne til fremstilling af dette papir.

Men diffusionselementet er en kontinuerlig og ensrettet ændring i ionkoncentration, som til sidst fører til udligning af koncentrationen og standsning rettet diffusion modsætning ligevægt Donnan, hvor, i et tilfælde af utætheder kvasistatiske strømme ionkoncentration, når har nået en bestemt værdi, forbliver uændret .

Fig. 2 viser et diagram af redoxpotentialer af reaktionerne af brint og ilt, når ændre surheden af opløsningen. Figuren viser, at elektroden potentiale oxygen dannelse reaktion i fravær af OH- ioner (1.23 volt i et surt miljø) er forskellig fra det samme potentiale ved høj koncentration (0,4 volt i et alkalisk medium) ved 0,83 volt. Tilsvarende elektrodepotentialet af hydrogen-dannende reaktion i fravær af H + (-0.83 volt i alkalisk medium) er forskellig fra det samme potentiale ved høj koncentration (0 V i surt medium), også ved 0,83 volt [4. 66-67]. dvs. indlysende, at 0,83 volt er nødvendig for at opnå en høj koncentration af vand i de respektive ioner. Dette betyder, at 0,83 volt er nødvendig for en masse af neutral dissociation af vandmolekyler til H + og OH- ioner. Hvis således membranen er understøttet i vores Element katoderum surt medium og i et alkalisk anodisk, kan spændingen nå sine DEL 0,83 volt, hvilket er i god overensstemmelse med de teoretiske beregninger tidligere præsenteret. Denne spænding giver en høj ledningsevne space DES membran ved vanddissociation til ioner i det.

Fig. 2. Diagram redoxreaktion potentialer

spaltning af vand, og H + -ioner og OH- til brint og ilt.

IF og Peltier varme (tillæg №2)

"Årsagen til Peltier-effekten er, at den gennemsnitlige energi af ladningsbærere (for bestemthed elektroner), der er involveret i den elektriske ledningsevne i forskellige ledere af forskellig ... I overgangen fra én leder til en anden elektron eller overføre overskydende elnet eller supplere en mangel på energi på sin regning (afhængig af strømretningen).

Fig. 3. Peltier effekt på kontakten metal og halvlederen n-: ԐF - Fermi-niveauet; ԐC - bunden af ledningsbåndet af halvleder; ԐV - valensbånd; I - positiv retning af strøm; cirkler med pile vist skematisk elektroner.

I det første tilfælde nær kontakt frigives, og den anden - den såkaldte absorberet .. Peltier varme. For eksempel på kontakten halvleder - metal (figur 3) energien af elektronerne, der passerer fra n-type halvleder til metal (venstre touch) er væsentlig højere end Fermi energi ԐF. Derfor er de overtræder termisk ligevægt i metallet. Ligevægt genoprettes som følge af kollisioner, hvori thermalized elektroner, hvilket giver overskydende energi krystallinsk. grid. Halvleder metal (højre touch) kan passere kun de mest energirige elektroner, således at elektrongas i metallet afkøles. Om genoprettelse af ligevægten fordeling af oscillation energi forbruges gitter "[2, s. 552].

At kontakte metal / p-halvleder Situationen er den samme. fordi p-ledningsevne halvleder huller yde valensbånd, der er under Fermi-niveauet, så vil kontakten blive afkølet, ved hvilken elektroner strømmer fra p-halvleder til metallet. Peltier varme frigivet eller absorberes af kontakten af to ledere, som følge af produktionen af negative eller positive indre IF.

Inkluderet i venstre kontakt mellemrum (fig. 3), på hvilken Peltier varme tildelingen, en elektrolytisk celle, for eksempel vandig NaOH-opløsning (figur 4) og metal halvleder og n-lad det være kemisk inerte.

Fig. 4. Den venstre kontakt n-halvleder og metallet er åben og anbragt i mellemrummet af elektrolytopløsningen. Betegnelser er de samme som i fig. 3.

Fordi, når strømmen løber «I», halvlederindustrien af n-elektroner i højere energi ankommer opløsning end kommer ud af opløsning i metallet, skal denne overskydende energi (varme af Peltier) stå i cellen.

Strømmen gennem Cellen kan være kun et tilfælde af utætheder deri elektrokemiske reaktioner. Hvis den exoterme reaktion i cellen, er Peltier varmeafgivelse i cellen, som mere hun har ingen steder at gå. Hvis reaktionen i cellen - endoterm Peltier varme helt eller delvis at kompensere for den endoterme virkning, dvs. til dannelse af et reaktionsprodukt. I dette eksempel er den samlede celle reaktion: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endoterm, så varmen (energi) af Peltier er at skabe molekyler og H2 O2, er dannet på elektroderne. Således opnår vi, at varmen i Peltier selekteret i medium i højre n-kontakt halvleder / metal ikke frigives tilbage i miljøet, og lagres i form af kemisk energi af brint og ilt molekyler. Naturligvis er driften af den eksterne spændingskilde forbruges til elektrolyse af vand, i dette tilfælde vil være mindre end i tilfælde af identiske elektroder, der ikke forårsager forekomsten af Peltier-effekten ..

Uanset egenskaberne af elektroderne, kan den elektrolytiske celle selv absorbere eller generere varme ved passage af Peltier aktuelle dertil. De kvasistatiske betingelser, den potentielle ændring af Gibbs celler [4, s. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, hvor

Δ H - enthalpiændring af cellen;

T - termodynamisk temperatur;

Δ S - ændring i entropi af cellen;

Q = - T Δ S - varme af Peltier-celle.

For en hydrogenholdig oxygen elektrokemiske celle ved T = 298 (K), ændringen i enthalpi ΔHpr = - 284,5 (kJ / mol) [8, s. 120], ændringen i Gibbs potentiale [4. a. 60]:

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

z - antal elektroner pr molekyle;

F - Faraday konstant;

E - emf celle.

derfor

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

dvs. brint-ilt elektrokemiske celle genererer varme i Peltier miljø, og samtidig forbedre dets entropi og sænke dens. Derefter, i invers proces, elektrolyse af vand, hvilket er tilfældet i vores eksempel Peltier varme Q mod = - Q ave = - 47,3 (kJ / mol) elektrolytten vil blive absorberet fra omgivelserne.

Betegne P - Peltier varmen fra omgivelserne i den rigtige n-kontakt halvleder / metal. Varmen P> 0 skal stå i cellen, men fordi spaltning af vand i cellen endoterme reaktion (Δ H> 0), Peltier varme P er at kompensere for den termiske effekt af reaktionen:

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

Mod Q kun afhænger af sammensætningen af elektrolytten, da Det er karakteristisk for den elektrolytiske celle med inerte elektroder, og n kun afhænger elektrodematerialerne.

Ligning (1) viser, at varmen i Peltier P og Peltier varme mod Q, er produktionen af nyttigt arbejde. dvs. Peltier varme taget væk fra mediet reducerer omkostningerne til en ekstern strømkilde kræves til elektrolyse. En situation, hvor varmemediet er en energikilde til produktion af nyttigt arbejde, er karakteristisk for diffusion, såvel som for mange elektrokemiske celler, er eksempler på sådanne elementer er vist i [3, s. 248 - 249].

Referencer

1. Gerasimov Ya. I. løbet af fysisk kemi. Øvelse: For universiteter. V2 t. T.II. - 2. udg .. - M:. Kemi, Moskva, 1973. - 624 s.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier effekt. // Fysisk encyklopædi. I 5 m. T. III. Magneto - Poynting teorem. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. tæller. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov og andre - M:.. Stor russisk Encyclopedia, 1992. - 672 s. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS fysisk kemi. I 2 bøger. Vol. 1. Struktur af Matter. Termodynamik: Proc. til gymnasierne; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. 3. udg .. - M:. Højere. wk, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS fysisk kemi. I 2 bøger. Vol. 2. Elektrokemi. Kemisk kinetik og katalyse: Proc. til gymnasierne; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Rev. - M:. Højere. wk, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV generel kursus i fysik. Øvelse: For universiteter. I 5 m. T.III. Elektricitet. - 4. udgave, stereotyper .. - M: FIZMATLIT;. Forlag af MIPT, 2004. - 656 s. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. fysiske kemi polymerer. - M:. Kemi, Moskva, 1968. - 536 s.
7. Vetter K. Elektrokemiske kinetik, oversat fra det tyske sprog med forfatterens ændringer til den russiske udgave, redigeret af Corr. USSR Academy of Sciences prof. Kolotyrkin YM - M:. Kemi, Moskva, 1967. - 856 s.
8. P. Atkins fysisk kemi. I 2 v. T.I., oversat fra engelsk af lægen af kemiske videnskaber Butin KP - M:. Mir, Moskva, 1980. - 580 s.