2. Термоелектрогенератори засновані на виникненні контактної різниці потенціалів у місці з'єднання двох металів або напівпровідників за рахунок дифузії заряджених частинок.

Контактна різниця потенціалів залежить як від властивостей матеріалів, які контактують, так і від температури контакту. Якщо узяти замкнений контур, який включає в себе два контакти, один з яких, то термо - е.р.с. е_т = Uk1-Uk2 = Ео(t₁- t₂), де Ео - величина, яка залежить від властивостей металів контакту.

Металеві термоелементи мають малі е.р.с. та к.к.д. і використовуються для вимірювання температур.

У напівпровідниках при збільшенні температури дуже збільшується концентрація вільних електронів та дірок. Термоелемент складається з двох напівпровідників р — і n - типу, з'єднаних металевою пластиною. При нагріванні у напівпровідниках дуже збільшується концентрація вільних носіїв заряду, виникає їхня дифузія від гарячого кінця до холодного, у n - напівпровіднику холодний кінець заряджається негативно, у р - напівпровіднику холодний кінець заряджається позитивно. Різниця потенціалів, яка виникає при цьому, протидіє дифузії. Якщо до холодних кінців приєднати струмопровідний елемент, то створюється електричне коло і електричний струм у ньому.

3. По цьому ж принципу перетворюється у електричну і променева енергія. Якщо напівпровідники освітлюються, в них за рахунок поглинання променевої енергії утворюються неосновні вільні носії заряду, вони під дією електричного поля р - п переходу прямують через

-9-

перехід: дірки у р - напівпровідник, електрони — у n - напівпровідник. Потенційний бар'єр у контакті зменшується і встановлюється новий рівноважний стан при меншій його величині, яка дорівнює Uке.

Різниця потенціальних бар'єрів у контакті напівпровідників у неосвітленому і освітленому станах має назву фотоелектрорушійної сили:

Ес=Uг-Uкс

Фото - е.р.с. тим більша, чим інтенсивніше освітлюється напівпровідник. Якщо з'єднати напівпровідники у електричне коло, в ньому виникає електричний струм, таким чином променева енергія перетворюється у електричну.

4. Кількісна оцінка е.р.с., яка виникає при перетворенні енергії, дається величиною роботи, яка приходить на одиницю заряду.

Е =Ас./Q [В],

де Acт - робота сторонніх сил.

Позитивний напрям е.р.с. збігається з напрямом, в якому сторонні (побічні) сили діють на частинки з позитивним зарядом, таким чином збігається з напрямком струму.

Електрична енергія джерела дорівнює роботі сторонніх (побічних) сил Аст

Wд⁼Аcт=Е*Q, але Q=I*t

Wд = Е*І*t [Дж]

Потужність джерела - швидкість перетворення енергії у джерелі або енергія, яка виробляється у одиницю часу.

Рд = ^д/ї = Е*І*ї/1 = Е*І [Вт]

5. Припустимо, що у провіднику, який має на кінцях різницю потенціалів U, заряд частинок, які перемістилися, Q = I*t. Енергія електричного поля, витрачена на переміщення заряджених частинок

Wе= U*І*t.

Оскільки ніяких других проявів роботи, окрім нагріву провідника, не спостерігається, вважаємо що електрична енергія джерела дорівнює тепловій енергії приймача Wn ⁼ Wе = U*І*t.

Згідно з законом Ома U = І*R*t, з цього

Wn = І² *R*t - закон Джоуля - Ленца.

Потужність приймача

Рn = Wn/t = U*I = I²*R.

Принцип перетворення електричної енергії у теплову лежить у основі дії електричних ламп розжарення, променева енергія у загальному потоці складає менше 10%.

6. Акумулятор під час зарядження є приймачем електричної енергії. Е.Р.С. акумулятора Еа при зарядженні зберігає той же напрям, що і під час розрядження, струм змінює свій напрям на протилежний, тому що він визначається не напрямом Еа, а напрямом Е зовнішнього джерела живлення. Сили електричного поля у будь - який момент часу зрівноважуються хімічними силами, тому робота, яка припадає на одиницю заряду, може бути прирівняна з проти е.р.с. Еа.

Енергія, яка витратиться на зарядження:

Wсп=Еа*Q=Еа*I*t,

Потужність споживання електричної енергії:

Рсп = Wсп/t ⁼ Еа*І

Приклади:

Задача 3.6

Акумуляторна батарея при розрядженні працювала зі струмом І = 50 А на протязі 10 годин.

Визначити потужність батареї, якщо її е.р.с. на протязі всього періоду роботи практично не

змінювалась і дорівнювала

Е = 20 В. Визначити вартість електричної енергії, яку виробила батарея, якщо ціна її 4 коп за 1

кВт*год.

1. Знаходимо потужність батареї:

Р=Е*І= 50*20= 1000 Вт.

2. Визначимо енергію, яку виробила батарея на протязі 10 год:

W=Р*t= 1000*10=10*10³=10 Квт*год.

-10-

3. Визначимо вартість енергії:

C=W*c =4*10=40коп.

Задача 3.9

Потужність електричної праски 300 Вт при напрузі 120 В. Визначити струм і опір нагріваючого

елемента.

1. Визначимо струм у колі:

P ⁼ U*I; I = P/U = 300/120 = 2,5 а

2. Визначимо опір елемента:

Р = I²*R.; R. = Р/І² = 300/6.25 = 48 Ом.

Задача 3.10

Електродвигун постійного струму підключений до мережі з напругою 220 В. Механічна

потужність по валу двигуна 8,4 кВт, к.к.д. 84%. Визначити електричну потужність і струм

двигуна.

1. Визначимо електричну потужність, знаючи, що: η =Pm/Pe * 100%

Pe=(Pm*100)/η=(8.4*10³ *100)/84=10*10³ Вт

2. Визначимо струм двигуна:

І⁼ Р/U = 10* 103/220 = 45.45 (А)