पर्यावरण को गर्मी द्वारा उपयोगी कार्य

भाग 1 केही नियम र परिभाषा।

को electromotive शक्ति (EMF) अभिन्न बाह्य शक्ति क्षेत्र हालको स्रोत ... बाह्य शक्ति को इलेक्ट्रोलाइट र इलेक्ट्रोड बीच सीमाहरु मा कक्षहरू electroplating मा अभिनय शामिल भाग हो। तिनीहरूले पनि दुई dissimilar धातु बीच सीमा मा सञ्चालन र सम्पर्क सम्भावित फरक therebetween [5, पृ निर्धारण। 193, 191]। रकम क्षेत्रीय खण्ड सबै सतहहरु मा क्षमता, को कंडक्टर बीच सम्भावित फरक माला समाप्त मा स्थित बराबर छ फड्को र electromotive शक्ति EMF सञ्चालकको सर्किट भनिएको छ ... मात्र पहिलो तरिका को कंडक्टर को निर्वाचकगण श्रृंखला पहिलो र प्रत्यक्ष तिनीहरूलाई (वोल्टा व्यवस्था) सम्पर्क ... क्षेत्रीय राम्ररी खुला छ भने, EMF अन्तिम सञ्चालकको बीच सम्भावित जम्प बराबर छ यो क्षेत्रीय शून्य छ। खुला-सर्किट सञ्चालकको, कम्तिमा एक इलेक्ट्रोलाइट, लागू व्यवस्था वोल्ट ... प्रस्ट छ, दोस्रो प्रकारको कम्तीमा एक सञ्चालकको शामिल मात्र सञ्चालकको सर्किट विद्युत कक्षहरू (वा चेन विद्युत तत्व) हो [1, पृ समावेश जो सच्याउन। 490 - 491]।

Polyelectrolytes यसरी नै macromolecule मा, शुल्क ... crosslinked polyelectrolytes (आयन एक्सचेंजर्स, दोहोरिने को एक ठूलो संख्या, समाधान मा आयनों मा dissociating सक्षम पलिमर छन् आयन-विनिमय राल) भंग गर्दैन, मात्र, 6 अलग क्षमता [, पी retaining गर्दा सुनिनु। 320 - 321]। Polyelectrolytes नकारात्मक चार्ज macroion मा अलग र एच + आयनों polyacids भनिन्छ र सकारात्मक चार्ज आयनों र OH- macroion poliosnovaniyami भनिन्छ मा dissociates छन्।

Donnan संतुलन सम्भावित यो सीमा सबै आयनों गर्न पारगम्य छैन भने दुई electrolytes बीच चरण सीमा मा हुन्छ भनेर सम्भावित फरक छ। केही आयनों लागि Impermeability सीमा, कारण हुन सक्छ, उदाहरणका लागि एक निश्चित आकार माथि कण लागि दुर्गम छन् जो धेरै संकीर्ण pores संग झिल्ली को उपस्थिति। इन्टरफेस को छनौट permeability हुन्छ र यदि कुनै आयनों त कडा साधारण छोड कि छैन गर्न सक्छन् चरणहरु को एक लिङ्क। ठ्याक्कै ईओण आयन विनिमय रेजिन व्यवहार, वा आयन-विनिमय समूह आणविक जाली वा म्याट्रिक्स मा homopolar बन्धन मिलाएका छौं। समाधान, यो एक चरण साथ सँगै यस्तो matrices प्रकारका भित्र रहेको; समाधान, बाहिर स्थित, - दोस्रो [7। 77]।

विद्युत डबल तह (edl) दुई चरणहरु oppositely चार्ज तहहरू प्रत्येक अन्य [7 देखि एक निश्चित दूरी मा disposed को सेट को इन्टरफेस मा निरन्तर छ। 96]।

Peltier बिजुली वर्तमान सम्पर्क [2, पी मार्फत बगिरहेको निर्देशन निर्भर गर्दछ दुई फरक कंडक्टर को सम्पर्क मा गर्मी को यो अलग वा अवशोषण प्रभावित। 552]।

भाग 2: पानी को इलेक्ट्रोलीज मा गर्मी मध्यम प्रयोग।

नेभाराको मा schematically देखाइएको विद्युत कक्ष (hereinafter तत्व) को क्षेत्रीय को घटना को संयन्त्र, विचार गर्नुहोस्। 1, आन्तरिक सम्पर्क सम्भावित फरक (PKK) र Donnan को प्रभाव (को Donnan प्रभाव को सार को संक्षिप्त वर्णन, आन्तरिक PKK र सम्बन्धित Peltier गर्मी लेखको तेस्रो भाग प्रदान गरिएको छ) कारण थप EMF।

नेभाराको। एक विद्युत सेल को 1 योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व: 1 - कैथोड 3 को समाधान संग सम्पर्क छ, इलेक्ट्रोलाइट cations को विद्युत कटौती प्रतिक्रिया यसको सतह, एक रासायनिक अक्रिय भारी doped N-अर्धचालक बनेको मा आउँदैन। बाह्य भोल्टेज स्रोत, Metallized यसलाई जडान गर्ने कैथोड को भाग; 2 - Anode सतह मा, 4 को एक समाधान संग सम्पर्क छ तत्संबंधी इलेक्ट्रोलाइट anions, रासायनिक अक्रिय भारी doped पी-अर्धचालक बनेको को विद्युत ओक्सीकरण प्रतिक्रिया आउँदैन। बाह्य भोल्टेज स्रोत, Metallized यसलाई जडान गर्ने Anode भाग; 3 - macroion मा पानी मा dissociating कैथोड ठाउँ, polyelectrolyte समाधान, नकारात्मक चार्ज R- र सकारात्मक चार्ज counterions सानो K + (वर्तमान उदाहरण मा हाइड्रोजन आयन एच + छ); 4 - सकारात्मक चार्ज macroion आर + र नकारात्मक चार्ज counterions सानो a- मा dissociating पानी मा Anode खण्ड polyelectrolyte समाधान (यो उदाहरण मा हीड्राकसीड आयनों OH-); 5 - को झिल्ली (डायफ्राम), macromolecules (macroion) polyelectrolytes गर्न impermeable, तर सानो counterions K + a- र पानी अणु साझेदारी स्पेस 3 र 4 पूर्ण पारगम्य छ; Evnesh - बाह्य भोल्टेज स्रोत।

EMF Donnan प्रभाव द्वारा

जलीय poliosnovaniya (आर + OH-) - स्पष्टता लागि, कैथोड ठाउँ (। 3, चित्रा 1) को इलेक्ट्रोलाइट जलीय polyacid समाधान (आर-एच +), को इलेक्ट्रोलाइट र Anode खण्ड (4, नेभाराको 1) चयन गरिएको छ। को कैथोड कक्ष मा dissociation polyacids को फलस्वरूप, यस कैथोड (1, नेभाराको। 1) को सतह नजिकै, त्यहाँ एच + आयनों को एक वृद्धि एकाग्रता छ। को कैथोड सतह को वरपर देखा सकारात्मक शुल्क, नकारात्मक चार्ज macroions R- क्षतिपूर्ति छैन देखि तिनीहरूले कारण यसको आकार र एक सकारात्मक चार्ज ईओण वातावरण उपस्थिति गर्न कैथोड को सतह नजिक छैन आउन सक्नुहुन्छ (विवरण हेर्न को लागि। लेखको तेस्रो भाग को Annex №1 मा विवरण Donnan प्रभाव)। यसरी, सीधा कैथोड सतह संग सम्पर्क मा एक समाधान को सीमा तह सकारात्मक शुल्क छ। फलस्वरूप, यस कैथोड सतह मा एक electrostatic प्रेरणा, समाधान संग सन्निहित, त्यहाँ प्रवाहकत्त्व इलेक्ट्रॉनों नकारात्मक शुल्क छ। अर्थात् को कैथोड सतह र डेस समाधान बीच इन्टरफेस मा हुन्छ। को डेस को क्षेत्र कैथोड देखि इलेक्ट्रॉनों धक्का - समाधान गर्न।

त्यसै गरी, सीधा Anode सतह संग सम्पर्क मा Anode (2, नेभाराको। 1), को Anode कक्ष मा समाधान को सीमा पत्र (4, नेभाराको। 1) मा नकारात्मक शुल्क छ, र Anode सतह मा, समाधान संग सन्निहित, त्यहाँ सकारात्मक शुल्क छ। अर्थात् को Anode सतह र समाधान बीच इन्टरफेस मा पनि डेस हुन्छ। एक Anode - को डेस को क्षेत्र समाधान देखि इलेक्ट्रॉनों धक्का।

तसर्थ, कैथोड र Anode समाधान संग को इन्टरफेस मा डेस को क्षेत्र, समर्थित थर्मल समाधान आयन प्रसार, दुई आन्तरिक EMF स्रोत, हो बाह्य स्रोत संग कन्सर्ट मा अभिनय, अर्थात्, घडीको लुपमा नकारात्मक शुल्क धक्का।

। Dissociation poliosnovaniya polyacids पनि झिल्ली (5, चित्रा 1) एच + आयनों को cathodic ठाउँ बाट मार्फत थर्मल प्रसार गराउँछ - को Anode गर्न, र Anode कक्ष देखि OH- आयनों - एक कैथोड। त्यहाँ एक अतिरिक्त नकारात्मक शुल्क छ, र anodic ठाउँ बाट यो कैथोड ठाउँ बाट त Macroion आर + र R- polyelectrolytes, को झिल्ली लैजान सक्दैन - एक अतिरिक्त सकारात्मक शुल्क, अर्थात्, त्यहाँ Donnan प्रभाव कारण अर्को DPP छ। तसर्थ, झिल्ली पनि EMF भित्र, गर्मी प्रसार को बाह्य स्रोत संग कन्सर्ट मा अभिनय हुन्छ र आयनों को समाधान कायम।

हाम्रो उदाहरणमा, झिल्ली भर भोल्टेज रूपमा वोल्ट 0.83 पुग्न सक्दैन को Anode खण्ड को कैथोड खण्ड अम्लीय वातावरण मा alkaline मध्यम बाट संक्रमण मा वोल्ट 0.83 0 - यो देखि मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड को क्षमता मा परिवर्तन गर्न पत्राचार। विवरण लागि, लेखको तेस्रो भाग को Annex №1 मा हेर्नुहोस्।।

EMF भित्रबाट PKK

तत्व EMF यो बाह्य भोल्टेज स्रोत जडान गर्न सेवा आफ्नो धातु भागहरु सम्पर्क अर्धचालक Anode र कैथोड मा सहित हुन्छ। यो EMF आन्तरिक PKK कारण। आन्तरिक यदि स्पेस मा बाह्य क्षेत्रमा, सिर्जना गर्दैन विपरीत मा सम्पर्क कंडक्टर आसपास, अर्थात् यो कंडक्टर बाहिर चार्ज कणहरु को गति असर गर्दैन। निर्माण N-अर्धचालक / धातु / पी-अर्धचालक पर्याप्त ज्ञात छ र प्रयोग गरिन्छ, उदाहरणका लागि, एक thermoelectric Peltier मोड्युल। को EMF को परिमाण 0.6 वाल्ट [5, पी - कोठा तापमान मा यस्तो संरचना 0.4 को क्रम को मान पुग्न सक्दैन। 459; 2, पृ। 552]। सम्पर्कमा क्षेत्रहरू यस्तो अर्थात् तिनीहरूले लुपमा घडीको इलेक्ट्रॉनों धक्का तरिका, मा निर्देशित छन् बाह्य स्रोत संग कन्सर्ट काम। इलेक्ट्रनों Peltier को गर्मी अवशोषित मध्यम ऊर्जा स्तर उठाउनु।

आन्तरिक र इलेक्ट्रोड र समाधान को सम्पर्क क्षेत्रमा इलेक्ट्रॉनों को प्रसार कारण arising भने, त्यसको विपरीत, इलेक्ट्रॉनों लुपमा मा घडीको दिशामा दिशा मा धक्का। अर्थात् घडीको यी सम्पर्कमा तत्व मा इलेक्ट्रॉनों को गति Peltier गर्मी विनियोजन हुनुपर्छ। तर किनभने समाधान मा र Anode मा समाधान कैथोड देखि इलेक्ट्रॉनों को स्थानान्तरण आवश्यक हाइड्रोजन र अक्सिजन उत्पन्न एक endothermic प्रतिक्रिया सँगसँगै छ, Peltier को गर्मी मध्यम मा जारी भएको छैन, र endothermic प्रभाव कम छ, अर्थात् हाइड्रोजन र अक्सिजन को गठन को enthalpy मा जस्तै "conserved"। विवरण लागि, हेर्नुहोस्। Annex लेखको तेस्रो भाग मा №2।

वाहक (इलेक्ट्रॉनों र आयनों) तत्व सर्किट मा सार्न बन्द बाटाहरू, तत्व कुनै शुल्क एक बन्द सर्किट मा सार्दा छैन छैन। प्रत्येक इलेक्ट्रन Anode समाधान (अक्सिजन अणु गर्न OH- आयनों को ओक्सीकरण को पाठ्यक्रम मा) बाट प्राप्त, र कैथोड बाह्य सर्किट मार्फत पारित, हाइड्रोजन अणु मिलेर volatilized छ (आयनों एच + को रिकभरी प्रक्रिया मा)। त्यस्तै आयनों OH- र एच + एक बन्द सर्किट मा सार्न छैन, तर केवल अनुरूप इलेक्ट्रोड गर्न, र त्यसपछि आणविक हाइड्रोजन र अक्सिजन को रूप मा वाफ बन्नु। अर्थात् र आयनों र इलेक्ट्रॉनों डेस को बढाने क्षेत्रमा यसको वातावरण प्रत्येक सार्दा, र बाटो को अन्त, जब तिनीहरूले इलेक्ट्रोड को सतह सम्पूर्ण भण्डारण ऊर्जा रूपान्तरण, को अणु मा संयुक्त छन् पुग्न - एक रासायनिक बन्धन को ऊर्जा, र लुपमा बाहिर!

EMF आन्तरिक स्रोतहरू सबै तत्व, कम पानी इलेक्ट्रोलीज लागि बाह्य स्रोत लागत। यसरी, डेस को प्रसार कायम गर्न आफ्नो सञ्चालन समयमा तत्व अवशोषित परिवेश को गर्मी, अर्थात्, बाह्य स्रोत को लागत कम छ, यो इलेक्ट्रोलीज दक्षता बढ्छ।

कुनै पनि बाह्य स्रोत बिना पानी इलेक्ट्रोलीज।

समीक्षा मा प्रक्रियाहरू नेभाराको मा देखाइएको तत्वको निरन्तर। 1, बाह्य स्रोत मापदण्डहरू खातामा लिएको छैन। आन्तरिक प्रतिरोध rd बराबर छ र त्यो 0. एक भोल्टेज कि मानौं Evnesh तत्व इलेक्ट्रोड एक निष्क्रिय लोड गर्न shorted छन् (हेर्नुहोस् नेभाराको। 5)। यस मामला मा, डेस तत्व मा इन्टरफेस मा arising क्षेत्रहरू निर्देशन र परिमाण नै बाँकी छन्।

नेभाराको। 5 बरु Evnesh (नेभाराको। 1) निष्क्रिय लोड आर एल सहित।

यो तत्वको स्वभाविक वर्तमान प्रवाह को अवस्था निर्धारण। , को गिब्स संभावित परिवर्तन लेखको तेस्रो भाग को Annex №1 को (1) सूत्र अनुसार:

Δ जी Arr = (Δ एच Arr - एन) + Q mod

यदि पी> Δ एच + Q mod mod = 284,5 - 47.2 = 237.3 (किलो जुल / mol) = 1.23 (eV / अणु)

को Δ जी Arr <0 र स्वभाविक प्रक्रिया सम्भव छ।

हामी एक alkaline (वोल्ट 0.4 को इलेक्ट्रोड संभावित) मा एक अम्लीय मध्यम कि तत्व हाइड्रोजन पुस्ता प्रतिक्रिया हुन्छ (वोल्ट 0 को इलेक्ट्रोड संभावित), र अक्सिजन थप छलफल हुनेछ। यस्तो इलेक्ट्रोड क्षमता एक झिल्ली (5, नेभाराको। 5), यस वोल्ट 0.83 हुनुपर्छ जो मा भोल्टेज प्रदान गर्दछ। अर्थात् हाइड्रोजन र अक्सिजन को गठन को लागि आवश्यक ऊर्जा द्वारा 0.83 (eV / अणु) कम छ। त्यसपछि स्वभाविक प्रक्रिया को संभावना अवस्था हुनेछ:

पी> 1.23 - 0.83 = 0.4 (eV / अणु) = 77.2 (किलो जुल / mol) (2)

हामी पाउन को हाइड्रोजन र अक्सिजन अणु ऊर्जा बाधा हटाउन सकिने र बाह्य भोल्टेज स्रोत प्रयोग बिना छ। अर्थात् पनि N = 0.4 (eV / अणु), अर्थात् मा भित्री इलेक्ट्रोड 0.4 HPDC वोल्ट गर्दा तत्व गतिशील संतुलन को एक राज्य हुनेछ, र ब्यालेन्स अवस्था कुनै पनि (साना) परिवर्तन सर्किट मा वर्तमान कारण हुनेछ।

को इलेक्ट्रोड मा प्रतिक्रिया अर्को अवरोध गर्ने सक्रियता ऊर्जा छ, तर यो द्वारा निर्मूल छ , सुरुङ प्रभाव को इलेक्ट्रोड र समाधान [7, पी बीच अंतर को smallness कारण arising। 147-149]।

यसरी, ऊर्जा विचार आधारमा हामी स्वभाविक वर्तमान नेभाराको मा देखाइएको तत्वको निष्कर्षमा पुग्न। 5, यो सम्भव छ। तर के भौतिक कारण यो वर्तमान हुन सक्छ? यी कारणहरूले गर्दा सूचीबद्ध तल:

1 समाधान मा Anode देखि संक्रमण को सम्भावना बढी समाधान मा कैथोड देखि इलेक्ट्रॉनों को संक्रमण को सम्भावना, देखि N-अर्धचालक कैथोड एक उच्च ऊर्जा स्तर निःशुल्क इलेक्ट्रॉनों र पी-अर्धचालक Anode धेरै छ - मात्र "प्वालहरू", र यी "प्वालहरू" एक ऊर्जा स्तर कैथोड इलेक्ट्रॉनों तल छन्;

2. झिल्ली एक अम्लीय वातावरण को कैथोड ठाउँ समर्थित छ, र Anode मा - alkaline। अक्रिय इलेक्ट्रोड को मामला मा, यो एक कैथोड इलेक्ट्रोड संभावित को Anode भन्दा ठूलो हुन्छ भन्ने तथ्यलाई तिर जान्छ। फलस्वरूप, इलेक्ट्रनों कैथोड गर्न Anode देखि बाह्य सर्किट लैजान पर्छ;

3. को Donnan प्रभाव कारण arising को polyelectrolyte समाधान को सतह शुल्क, जस्तै कैथोड मा क्षेत्र फैलाउने समाधान मा कैथोड देखि इलेक्ट्रन उपज भएको इलेक्ट्रोड / समाधान क्षेत्र मा सिर्जना र Anode मा क्षेत्र - समाधान देखि Anode मा इलेक्ट्रन प्रवेश;

अगाडि 4 ब्यालेन्स र + आयनों को Anode मा कैथोड र OH- आयनों को ओक्सीकरण मा प्रत्यक्ष कमी प्रतिक्रिया, पछि देखि इलेक्ट्रोड मा प्रतिक्रिया (विनिमय धाराहरु) एच तिर biased उल्ट्याउन तिनीहरूले ग्याँस (H2 र O2) प्रतिक्रिया क्षेत्र सजिलै छोडेर सक्षम (Le Chatelier गरेको सिद्धान्त) को गठन सँगसँगै छन्।

प्रयोग।

सक्रिय कार्बन र एनायन राल अटल बिहारी-17-8 बाहिरी ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड संग को एक मिश्रण - यो Donnan प्रभाव द्वारा लोड भर भोल्टेज को मात्रात्मक मूल्यांकन लागि, प्रयोग जसमा कैथोड तत्व बाहिरी ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड र एक Anode सक्रिय कार्बन शामिल प्रदर्शन गरिएको थियो। इलेक्ट्रोलाइट - जलीय NaOH समाधान, Anode र कैथोड रिक्त एक कृत्रिम महसुस द्वारा विभाजित छन्। यो तत्व को खुला बाह्य इलेक्ट्रोड मा लगभग 50 भोल्ट को एक भोल्टेज थियो। बाह्य लोड 10 को एक तत्व जडान गर्दा ओम बारेमा 500 microamps को वर्तमान मिलाएका छौं। जब 20 30 0C भोल्टेज देखि परिवेश तापमान बढ्छ बाह्य इलेक्ट्रोड गर्न 54 वृद्धि भोल्ट। परिवेश तापमान मा भोल्टेज वृद्धि पुष्टि गर्छ कि EMF स्रोत छ प्रसार, अर्थात् कणहरु को थर्मल गति।

बोरोनकोअर्थ कार्बाइड (B4C, पी-अर्धचालक) बाहिरी ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड संग को एक पाउडर - भित्री HPDC धातु / अर्धचालक प्रयोग बाट लोड भर भोल्टेज को मात्रात्मक मूल्यांकन लागि सेल कैथोड बाहिरी ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड र एक Anode संग कृत्रिम ग्रेफाइट पाउडर हुन्छन् जो सञ्चालन भएको थियो। इलेक्ट्रोलाइट - जलीय NaOH समाधान, Anode र कैथोड रिक्त एक कृत्रिम महसुस द्वारा विभाजित छन्। तत्व भोल्टेज को खुला बाह्य इलेक्ट्रोड मा लगभग 150 भोल्ट थियो। तत्व 50 kOhm भोल्टेज गर्न बाह्य लोड जडान गर्दा 35 गर्न ड्रप भोल्ट।, त्यस्तो कारण कम मूलभूत बोरोनकोअर्थ कार्बाइड र, परिणाम, एक उच्च आन्तरिक प्रतिरोध तत्व रूपमा गर्न बलियो भोल्टेज ड्रप। यस्तो संरचना एक तत्व लागि बनाम तापमान छानबिन भोल्टेज बाहिर छैन। यो कारणले अर्धचालक लागि, आफ्नो रासायनिक संरचना आधारमा भन्ने तथ्यलाई छ, डोपिंग र अन्य गुण डिग्री, फरक तरिका यसको Fermi स्तर प्रभावित गर्न सक्छन् तापमान परिवर्तन। अर्थात् EMF मा तापमान प्रभाव तत्व (वृद्धि वा कमी), यो मामला मा प्रयोग सामाग्री मा निर्भर गर्दछ, त्यसैले यो संकेत प्रयोग छैन।

यो बिन्दुमा यो सेल कैथोड बाहिरी स्टेनलेस स्टील इलेक्ट्रोड बाट सक्रिय कार्बन पाउडर र एनायन राल अटल बिहारी-17-8 को एक मिश्रण देखि Anode बाह्य इलेक्ट्रोड संग सक्रिय कार्बन पाउडर र यु-2-8 को एक मिश्रण बनेको छ जसमा अर्को प्रयोग जारी स्टेनलेस स्टील। इलेक्ट्रोलाइट - NaCl को जलीय समाधान, एक कृत्रिम द्वारा विभाजित छन् Anode र कैथोड रिक्त लाग्यो। अक्टोबर 2011 यो तत्व बाह्य इलेक्ट्रोड छोटो-सर्किट निष्क्रिय ammeter गर्न सक्षम छन्। वर्तमान 1 mA घट्यो एक ammeter, पालो पछि बारेमा एक दिन, देखाउँदछ - 100 mkA सम्म (कारण इलेक्ट्रोड को ध्रुवीकरण गर्न स्पष्ट छ जो), र त्यसपछि एक वर्ष भन्दा बढी परिवर्तन गर्दैन देखि।

पर्याप्त सैद्धांतिक सम्भव भन्दा कम अझ प्रभावकारी सामाग्री inaccessibility प्राप्त परिणाम जडानमा माथि वर्णन व्यावहारिक प्रयोग मा। साथै, कुल आन्तरिक EMF को भाग सजग हुन तत्व सधैं इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया (हाइड्रोजन र अक्सिजन को उत्पादन) कायम राख्न लागि खपत र बाह्य सर्किट छैन मापन गर्न सकिन्छ।

निष्कर्ष।

संक्षेप, हामी एक "हीटर" वातावरणको प्रयोग र "फ्रिज" भइरहेको छैन, जबकि त्यो प्रकृति, हामीलाई उपयोगी ऊर्जा वा काम मा तापीय ऊर्जा रूपान्तरण गर्न अनुमति दिन्छ निष्कर्षमा पुग्न सक्छौं। यसरी Donnan प्रभाव र आन्तरिक यदि मा चार्ज कणहरु को परिवर्तित तापीय ऊर्जा बिजुली क्षेत्र ऊर्जा को endothermic प्रतिक्रिया गर्मी रूपमा डेल रासायनिक ऊर्जा मा परिवर्तित छ।

छलफल सम्पर्क तत्व मध्यम र पानी गर्मी खपत र आवंटन बिजुली, हाइड्रोजन र अक्सिजन! यसबाहेक, ऊर्जा खपत प्रक्रिया र इन्धन रूपमा हाइड्रोजन को प्रयोग, र पानी फिर्ता गर्मी मध्यम लागि रिटर्न!

को Annex को भाग 3।

यो भाग थप भित्री HPDC धातु / तत्व मा redox प्रतिक्रिया र इलेक्ट्रोड क्षमता मा अर्धचालक र Peltier गर्मी को जंक्शनमा, Donnan संतुलन प्रभाव छलफल भएको छ।

Donnan संभावित (परिशिष्ट №1)

polyelectrolyte लागि Donnan संभावित को घटना को संयन्त्र विचार गर्नुहोस्। dissociation polyelectrolyte counterions को macromolecule कब्जा भोल्युम छोडेर, यसको सानो सुरु गरेपछि प्रसार द्वारा। समाधान बाँकी संग तुलना रूपमा विलायक मा सानो मात्रा polyelectrolyte macromolecules को counterions को दिशात्मक प्रसार गर्ने macromolecule को थोक मा वृद्धि एकाग्रता कारण हो। यसबाहेक, यदि, उदाहरणका लागि, सानो counterions नकारात्मक चार्ज छन्, यो मा macromolecule को भित्री भाग सकारात्मक चार्ज छन् नतिजा र समाधान macromolecule को मात्रा तुरून्तै आसन्न छ - नकारात्मक। अर्थात् नकारात्मक चार्ज - एक सकारात्मक चार्ज macroion मात्रा वरिपरि, त्यहाँ सानो काउन्टर-आयनों को "आयन वातावरण" को एक प्रकारको छ। समापन ईओण वातावरण शुल्क वृद्धि हुन्छ जब electrostatic क्षेत्र को आयन मात्रा macroion वातावरण र शेष सानो counterions को थर्मल प्रसार बीच। वातावरण र ईओण macroions बीच परिणामस्वरूप संतुलन सम्भावित फरक Donnan सम्भावित छ। Donnan संभावित पनि उल्लेख छ , झिल्ली संभावित किनभने सक्षम र शुद्ध विलायक को therethrough पारित सक्षम छैन - यस्तै अवस्था यो इलेक्ट्रोलाइट समाधान दुई प्रकार को आयनों छ जो अलग गर्दा, उदाहरणका लागि, एक semipermeable झिल्ली मा हुन्छ।

Donnan संभावित को आयनों को एक को गतिशीलता (यस मामला macroion मा) शून्य छ जब प्रसार सम्भावित एक सीमित मामला, रूपमा छलफल गर्न सकिन्छ। त्यसपछि, गर्न [1, पृ अनुसार। 535], एक बराबर काउन्टर को शुल्क लिएर:

ई डी = (RT / एफ) Ln ( A1 / A2), जहाँ

एड - Donnan संभावित;

आर - विश्वव्यापी ग्याँस स्थिर;

टी - thermodynamic तापमान;

फा - फैराडे स्थिर;

A1, A2 - सम्पर्क चरणहरु मा प्रति-गतिविधि।

को झिल्ली अलग wherein poliosnovaniya समाधान यो सदस्य, (पीएच = Lg 1 = 14) र polyacid मा (पीएच = Lg 2 = 0) हुनेछ, Donnan कोठा तापमान मा झिल्ली मार्फत सम्भावित (टी = 300 0 K):

ई डी = (RT / एफ) (Lg एक 1 - Lg 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * Ln (10) = 0.83 वोल्ट

तापमान गर्न प्रत्यक्ष अनुपात मा Donnan संभावित बढ्छ। को विद्युत सेल Peltier गर्मी को प्रसार को लागि उपयोगी काम को उत्पादन को लागि एकमात्र स्रोत छ, यो यस्तो तत्व EMF कि छैन अचम्मको छ वृद्धि तापमान संग बढ्छ। काम को उत्पादन को लागि प्रसार सेल मा, Peltier गर्मी सधैं वातावरण बाट लिइएको छ। को EDL मार्फत वर्तमान प्रवाह गठन गर्दा डेस क्षेत्रमा सकारात्मक दिशा संग coinciding एक दिशा मा Donnan प्रभाव, (अर्थात्, डेस क्षेत्रमा सकारात्मक काम कार्य गर्दा), गर्मी यो कागज को उत्पादन को लागि वातावरण देखि अवशोषित हुन्छ।

तर प्रसार तत्व अन्ततः wherein, लिक quasistatic धाराहरु आयन एकाग्रता को एक मामला मा, एक पटक एक निश्चित मूल्य पुगएर संतुलन Donnan, विपरीत, एकाग्रता को equalization तिर जान्छ र प्रसार निर्देशित रोक्न आयन एकाग्रता, एक लगातार र एकलदिशानिर्देशनात्मक परिवर्तन छ, अपरिवर्तित रहन्छ ।

नेभाराको। 2 हाइड्रोजन र समाधान को अम्लता परिवर्तन गर्दा अक्सिजन को प्रतिक्रिया को redox क्षमता को रेखाचित्र देखाउँछ। चार्ट OH- आयनों को अभाव मा अक्सिजन गठन प्रतिक्रिया (1.23 वोल्ट एक अम्लीय वातावरण मा) को इलेक्ट्रोड सम्भावित उच्च एकाग्रता (एक alkaline मध्यम मा 0.4 वोल्ट) वोल्ट 0.83 मा नै सम्भावित फरक छ भनेर देखाउँछ। त्यसै गरी, एच + को अभाव (-0.83 वोल्ट alkaline मध्यम मा) मा हाइड्रोजन-निर्मित प्रतिक्रिया को इलेक्ट्रोड संभावित पनि 0.83 वोल्ट [4, उच्च एकाग्रता (0 वी एक एसिड मध्यम मा) मा नै सम्भावित फरक छ। 66-67]। अर्थात् वोल्ट प्रस्ट कि 0.83 को सम्बन्धित आयनों पानी को एक उच्च एकाग्रता प्राप्त गर्न आवश्यक छ। यो वोल्ट 0.83 एच + र OH- आयनों पानी अणुहरुलाई तटस्थ dissociation को एउटा ठूलो लागि आवश्यक छ भन्ने हो। तसर्थ, झिल्ली हाम्रो तत्व कैथोड ठाउँ अम्लीय मध्यम र एक alkaline anodic समर्थित छ भने, भोल्टेज यसको डेल 0.83 वोल्ट, पहिले प्रस्तुत सैद्धान्तिक गणना राम्रो सम्झौता छ जो पुग्न सक्दैन। यो भोल्टेज यो भित्र आयनों मा एक उच्च चालकता ठाउँ डेस झिल्ली पानी dissociation द्वारा प्रदान गर्दछ।

नेभाराको। 2. रेखाचित्र रिडक्स अभिक्रिया क्षमता

पानी अपघटन, र एच + आयनों र हाइड्रोजन र अक्सिजन मा OH-।

यदि र Peltier गर्मी (परिशिष्ट №2)

"को Peltier प्रभावको कारण अर्को इलेक्ट्रन मा शुल्क वाहक (definiteness इलेक्ट्रॉनों लागि) विभिन्न विभिन्न कंडक्टर मा बिजुली चालकता संलग्न ... को संक्रमण मा एक सञ्चालकको देखि औसत ऊर्जा वा अतिरिक्त पावर ग्रिड प्रसारित वा यसको खर्च मा ऊर्जा अभाव पूरक छ (आधार वर्तमान निर्देशन मा)।

नेभाराको। 3. सम्पर्क धातु र अर्धचालक n- मा Peltier प्रभाव: ԐF - Fermi स्तर; ԐC - अर्धचालक को प्रवाहकत्त्व ब्यान्ड तल; ԐV - valence ब्यान्ड; म - वर्तमान को सकारात्मक दिशा; एरोहरूसँग सर्कल schematically इलेक्ट्रॉनों देखाइयो।

सम्पर्क नजिकै पहिलो मामला मा जारी छ, र दोस्रो - को अवशोषित तथाकथित .. Peltier गर्मी। उदाहरणका लागि, सम्पर्क अर्धचालक मा - धातु (चित्रा 3) धातु (बायाँ स्पर्श) गर्न N-प्रकार अर्धचालक देखि पारित कि इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा Fermi ऊर्जा ԐF भन्दा एकदम उच्च छ। त्यसैले, तिनीहरूले धातु मा थर्मल संतुलन उल्लङ्घनको छन्। संतुलन, टक्कर फलस्वरूप पुनर्स्थापना जसमा अतिरिक्त ऊर्जा स्फटिक दिने, इलेक्ट्रॉनों thermalized। ग्रिड। धातु कि इलेक्ट्रन ग्याँस ठंडा त अर्धचालक धातु (दायाँ स्पर्श), मात्र सबै भन्दा ऊर्जावान इलेक्ट्रनों पारित गर्न सक्नुहुन्छ। oscillation ऊर्जा खपत जाली को संतुलन वितरण "[2, पृ बहाली मा। 552]।

धातु / पी-अर्धचालक अवस्था यस्तै छ सम्पर्क गर्न। किनभने पी-चालकता अर्धचालक प्वालहरू Fermi स्तर तल छ कि यसको valence ब्यान्ड प्रदान, त्यसपछि जो इलेक्ट्रनों धातु गर्न पी-अर्धचालक देखि प्रवाह, सम्पर्क cooled गरिनेछ। Peltier गर्मी जारी वा कारण नकारात्मक वा आन्तरिक यदि को सकारात्मक को उत्पादन गर्न दुई कंडक्टर को सम्पर्क द्वारा अवशोषित।

बायाँ सम्पर्क खाली (नेभाराको। 3), जो मा Peltier गर्मी बाँडफाँड समिति, एक इलेक्ट्रोलिटिक सेल, उदाहरणका लागि, जलीय NaOH समाधान (चित्रा 4) र धातु अर्धचालक र N-गरौं यसलाई रासायनिक अक्रिय हुन समावेश।

नेभाराको। 4 बाईं सम्पर्क N-अर्धचालक र धातु खुला र इलेक्ट्रोलाइट समाधान को अंतर मा राखिएको छ। पदनाम नेभाराको मा जस्तै हो। 3।

किनभने, वर्तमान प्रवाह गर्दा «म», उच्च ऊर्जा मा N-इलेक्ट्रॉनों को अर्धचालक धातु मा समाधान को बाहिर आ भन्दा समाधान पुग्नु, यो अतिरिक्त ऊर्जा (Peltier को गर्मी) कक्ष खडा गर्नुपर्छ।

सेल मार्फत वर्तमान लिक therein विद्युत प्रतिक्रिया मात्र मामला हुन सक्छ। सेल मा exothermic प्रतिक्रिया भने, Peltier गर्मी रूपमा, सेल मा जारी छ थप त्यो जान कतै छ। यदि सेलमा प्रतिक्रिया - endothermic, को Peltier गर्मी पूर्ण वा आंशिक को endothermic प्रभाव लागि क्षतिपूर्ति गर्न छ, अर्थात्, प्रतिक्रिया उत्पादन गठन गर्ने। यो उदाहरण मा, कुल सेल प्रतिक्रिया: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endothermic, त्यसैले Peltier को गर्मी (ऊर्जा) अणु सिर्जना गर्न र H2 O2, को इलेक्ट्रोड मा गठन गर्दै हुनुहुन्छ। तसर्थ, हामी सही N-सम्पर्क अर्धचालक / धातु मा मध्यम मा चयन Peltier को गर्मी वातावरण पुनः जारी छैन, कि र हाइड्रोजन र अक्सिजन अणुहरुलाई रासायनिक ऊर्जा को रूप मा भण्डारण गरिएको छ प्राप्त। प्रस्ट छ, बाह्य भोल्टेज स्रोत को सञ्चालन पानी इलेक्ट्रोलीज लागि, यो मामला मा, Peltier प्रभाव कुनै घटना कारण खपत छ समान इलेक्ट्रोड को मामला मा भन्दा सानो हुनेछ ..

को इलेक्ट्रोड को गुण बिना पनि इलेक्ट्रोलिटिक सेल नै अवशोषित वा Peltier वर्तमान अतिरिक्त मार्फत पारित गर्दा गर्मी उत्पन्न गर्न सक्छन्। को अर्ध-स्थिर अवस्था, को गिब्स कक्षहरू [4 को क्षमता परिवर्तन, पी। 60]:

Δ जी = Δ एच - टी Δ एस, जहाँ

Δ एच - सेल को enthalpy परिवर्तन;

टी - thermodynamic तापमान;

Δ एस - सेल को इन्ट्रोपीबाइट मा परिवर्तन;

Q = - टी Δ एस - को Peltier सेल को गर्मी।

284.5 (किलो जुल / mol) [8, पी - टी = 298 (K), enthalpy ΔHpr = मा परिवर्तन मा एक हाइड्रोजन-अक्सिजन विद्युत सेल लागि। 120], को गिब्स मा परिवर्तन संभावित [4। एक। 60]:

ΔGpr = - ZFE = 2 * 96485 * 1.23 = - 237.3 (किलो जुल / mol), जहाँ

Z - प्रति अणु इलेक्ट्रॉनों संख्या;

फा - फैराडे स्थिर;

ई - EMF सेल।

त्यसैले

Q Ave = - टी Δ एस Ave = Δ जी आदि - Δ एच आदि = - 237,3 + 47,2 = 284,5 (किलो जुल / mol)> 0,

अर्थात् हाइड्रोजन-अक्सिजन विद्युत सेल यसको इन्ट्रोपीबाइट सुधार र यसको lowering बेला Peltier वातावरणमा गर्मी उत्पन्न गर्छ। त्यसपछि, हाम्रो उदाहरण मा मामला छ जो व्युत्क्रम प्रक्रिया, पानी को इलेक्ट्रोलीज, मा, Peltier गर्मी क्यू mod = - क्यू Ave = - 47.3 (किलो जुल / mol) को इलेक्ट्रोलाइट को वातावरण देखि अवशोषित गरिनेछ।

Peltier गर्मी सही N-सम्पर्क अर्धचालक / धातु मा वातावरण लिइएका - पी जनाउँछ। गर्मी पी> 0 सेल खडा हुनुपर्दछ, तर किनभने सेल endothermic प्रतिक्रिया पानी को अपघटन (Δ एच> 0), को Peltier गर्मी पी प्रतिक्रिया को थर्मल प्रभाव लागि क्षतिपूर्ति गर्न छ:

Δ जी Arr = (Δ एच Arr - एन) + Q mod                                                                        (1)

Mod क्यू देखि, केवल इलेक्ट्रोलाइट को संरचना मा निर्भर गर्दछ यो अक्रिय इलेक्ट्रोड संग इलेक्ट्रोलिटिक सेल को एक विशेषता छ, र N मात्र इलेक्ट्रोड सामाग्री मा निर्भर छ।

समीकरण (1) Peltier पी र Peltier को गर्मी, mod क्यू गर्मी कि उपयोगी काम को उत्पादन हो देखाउँछ। अर्थात् मध्यम बाट लगिएको Peltier गर्मी इलेक्ट्रोलीज लागि आवश्यक बाह्य शक्ति स्रोत को लागत कम गर्छ। जहाँ गर्मी मध्यम उपयोगी काम को उत्पादन को लागि ऊर्जा स्रोत एउटा परिस्थितिले, प्रसार को विशेषता छ, साथै धेरै विद्युत कक्षहरू लागि, यस्तो तत्व को उदाहरण मा [3, पृ देखाइएको छ। 248 - 249]।

सन्दर्भ

1. Gerasimov हां। भौतिक रसायन को आई पाठ्यक्रम। ट्युटोरियल: विश्वविद्यालयहरु लागि। वी 2 टी। T.II. - 2nd एड .. - एम।: रसायन, मास्को, 1973. - 624 पृ।
2. Dashevskiy 3. एम Peltier प्रभाव। // शारीरिक विश्वकोश। 5 मिटर। टी III मा। Magneto - Poynting प्रमेय। / Ch। एड। ए एम Prohorov। एड। गणना। डीएम ALEKSEEV, ए एम Baldin, AM Bonch-Bruevich, ए Borovik-Romanov र अरूलाई - एम।:। महान् रूसी विश्वकोश, 1992. - 672 पृ। - ISBN 5-85270-019-3 (3 मी।); ISBN 5-85270-034-7।
3. Krasnov KS भौतिक रसायन विज्ञान। 2 पुस्तकहरु मा। Vol। पदार्थ को 1 संरचना। थर्मोडायनामिक्स: PROC। उच्च विद्यालयहरूको लागि; KS Krasnov, एन K. Vorobev, आई एट अल Godnev -। 3rd एड .. - एम।: उच्च। हप्ता, 2001. -। 512। - ISBN 5-06-004025-9।
4. Krasnov KS भौतिक रसायन विज्ञान। 2 पुस्तकहरु मा। Vol। 2. Electrochemistry। रासायनिक kinetics र catalysis: PROC। उच्च विद्यालयहरूको लागि; KS Krasnov, NK Vorobyov आई एन Godnev एट अल। -3 एड।, प्रकाश - एम।: उच्च। हप्ता, 2001. -। 319। - ISBN 5-06-004026-7।
5. भौतिक को Sivukhin DV सामान्य पाठ्यक्रम। ट्युटोरियल: विश्वविद्यालयहरु लागि। 5 मिटर मा। T.III। बिजुली। - 4th एड, STEREOTYPES .. - एम: FIZMATLIT;। को MIPT को घर प्रकाशन, 2004. - 656 पृ। - ISBN 5-9221-0227-3 (3 मी।); 5-89155-086-5।
6. पलिमर को Tager ए ए शारीरिक रसायन। - एम।: रसायन, मास्को, 1968. - 536 पृ।
7. Vetter K. विद्युत kinetics, रूसी संस्करणमा लेखकको परिमार्जन, Corr सम्पादन संग जर्मन भाषा बाट अनुवादित। विज्ञान प्राध्यापक को सोभियत संघ एकेडेमी। Kolotyrkin YM - एम।: रसायन, मास्को, 1967. - 856 पृ।
8. पी Atkins भौतिक रसायन विज्ञान। 2 v। T.I. मा, रासायनिक विज्ञान Butin केपी को डाक्टर को अंग्रेजी भाषा बाट अनुवादित - एम:। मीर, मास्को, 1980. - 580 पृ।