Lucru util de căldura mediului

Partea 1. Unii termeni și definiții.

Forța electromotoare (emf) este parte integrantă câmp de forță exterioară care conține o sursă de curent ... forță externă care acționează în galvanoplastie celulelor la limitele dintre electrolit și electrozii. De asemenea, ele funcționează pe granița dintre cele două metale diferite și se determină diferența de potențial de contact între acestea [5, p. 193, 191]. Suma salturi potențiale pe toate suprafețele secțiunii de circuit este egală cu diferența de potențial dintre conductoare, situate la capetele de lanț, și se numește forță electromotoare emf circuitul conductor ... lanț care constă numai din conductorii primului tip este egal cu saltul de potențial între primul și ultimul conductor în directă ei (legea Volta) de contact ... În cazul în care circuitul este deschis în mod corespunzător, FME acest circuit este zero. Pentru a corecta conductorul circuit deschis, care include cel puțin un electrolit, volți lege aplicabilă ... Evident, numai circuitul conductor cuprinzând cel puțin un conductor al doilea tip sunt celule electrochimice (sau lanțuri elemente electrochimice) [1, p. 490-491].

Polyelectrolytes sunt polimeri capabili să disocieze în ioni în soluție, astfel , în aceeași macromoleculă, un număr mare de sarcini ... polielectroliți reticulată (schimbători de ioni, recurente de rășină schimbătoare de ioni) nu se dizolvă, numai umfla, păstrând în același timp capacitatea de a disocia [6, p. 320-321]. Polyelectrolytes disociază în macroion încărcate negativ și ionii de H + sunt numite poliacizi și disociază în ioni încărcați pozitiv și OH- macroion numit poliosnovaniyami.

Donnan potențial de echilibru este diferența de potențial care are loc la limita de fază între cele două electroliți în cazul în care această limită nu este permeabilă pentru toți ionii. Limitele de impermeabilitate pentru unii ioni pot fi cauzate, de exemplu, prezența unor membrane cu pori foarte înguste, care sunt impracticabile pentru particulele care depășesc o anumită dimensiune. permeabilitatea selectivă a interfeței are loc și în cazul în care toți ionii de atât de puternic legat de una dintre fazele pe care le lasă, în general, nu se poate. se comportă exact rășini schimbătoare de ioni ionic sau grup de schimb ionic fix bond homopolar în rețeaua moleculară sau matrice. Soluția, fiind în interiorul unor astfel de forme matrice împreună cu ea o singură fază; soluție, situată în afara, - al doilea [7. 77].

Stratul dublu electric (EDL) are loc la interfața dintre cele două faze set de straturi încărcate opus, dispuse la o anumită distanță unul față de celălalt [7. 96].

Peltier efect această izolare sau absorbție de căldură la contactul dintre două conductoare diferite, în funcție de direcția curentului electric care curge prin contactul [2, p. 552].

Partea 2: Folosind mediul de căldură în electroliza apei.

Luați în considerare mecanismul de apariție a circuitului celulei electrochimice (elementul în continuare), prezentat schematic în fig. 1, mai emf din cauza diferenței de potențial de contact intern (PKK) și efectul Donnan (scurtă descriere a esenței efectului Donnan, PKK interne și căldură Peltier asociat este prezentată în a treia parte a articolului).

Fig. 1. Reprezentarea schematică a unei celule electrochimice: 1 - catod este pusă în contact cu o soluție de 3, reacția de reducere electrochimică a cationilor de electrolit apar pe suprafața sa, realizată dintr-un punct de vedere chimic inert n-semiconductor puternic dopat. O parte a catodului conectarea la o sursă de tensiune externă, metalizată; 2 - anod este pusă în contact cu o soluție de 4, pe suprafața acestuia produce reacția de oxidare electrochimică a anionilor electrolitice, din punct de vedere chimic inert p-semiconductor puternic dopat. O parte a anodului conectarea la o sursă de tensiune externă, metalizată; 3 - spațiul catodic, soluție polielectrolit, disociind în apă la macroion R- încărcate negativ și contraioni încărcați pozitiv K + mic (în exemplul de față este de ioni de hidrogen H +); 4 - anod soluție compartiment polielectrolit în apă în vederea disocierii încărcat pozitiv macroion R + și contraioni încărcați negativ A- mici (în acest exemplu hidroxid de ioni OH-); 5 - membrana (diafragma), este impermeabilă la macromolecule (macroion) polyelectrolytes, dar complet permeabil la contraionilor mici K +, A- și molecule de apă spațiu comun 3 și 4; Evnesh - o sursă de tensiune externă.

emf prin efectul Donnan

Pentru claritate, electrolitul spațiului catodic (. 3, Figura 1) este selectată o soluție apoasă poliacid (R-H +), electrolit și compartimentul anodic (4, fig 1.) - poliosnovaniya apos (R + OH-). Ca rezultat al poliacizi de disociere în compartimentul catodic, în apropierea suprafeței catodului (1, fig. 1), există o concentrație crescută de ioni H +. Sarcina pozitivă care apare în vecinătatea suprafeței catodului nu este compensat macroions încărcat negativ R-, deoarece ei nu pot veni aproape de suprafața catodului datorită dimensiunii sale și prezența unei atmosfere ionic încărcată pozitiv (pentru detalii vezi. Descriere efect Donnan în anexa №1 a treia parte a articolului). Astfel, stratul limită al unei soluții în contact direct cu suprafața catodului are o sarcină pozitivă. Ca urmare, o inducție electrostatică pe suprafața catodului, învecinat cu soluția, există o sarcină negativă a electronilor de conducție. Ie la interfața dintre suprafața catodului și soluția DES are loc. Domeniul DES împinge electronii de la catod - la soluție.

În mod similar, pe anod (2, fig. 1), stratul limită al soluției în compartimentul anodic (4, fig. 1), în contact direct cu suprafața anodului are o sarcină negativă, iar pe suprafața anodului, învecinată cu soluția, există o sarcină pozitivă. Ie la interfața dintre suprafața anodului și soluția se produce de asemenea DES. Domeniul DES împinge electronii din soluție - un anod.

Astfel, domeniul DES la interfețele catod și anod cu soluția, susținută termic soluție de ioni de difuzie, sunt două surse emf interne, care acționează în mod concertat cu o sursă externă, adică, împingând sarcinile negative în bucla invers acelor de ceasornic.

poliacizi Disocierea poliosnovaniya și de asemenea determină difuzia termică prin membrana (5, figura 1) , ioni H + din spațiul catodic. - la anod, iar ionii OH- din compartimentul de anod - catod. polyelectrolytes Macroion R + și R- nu se pot deplasa prin membrana, deci din spațiul catodic există o sarcină negativă în exces, iar din spațiul anodic - o sarcină pozitivă în exces, adică, există un alt DPP din cauza efectului Donnan. Astfel, membrana are loc, de asemenea, în interiorul electromotoare, acționând în mod concertat cu o sursă externă de difuzie a căldurii și a menținut soluția ionilor.

În exemplul nostru, tensiunea peste membrana poate ajunge la 0,83 volți, după cum aceasta corespunde unei modificări în potențialul de electrod standard de hidrogen de la - 0,83 la 0 volți la trecerea de la mediul alcalin, în compartimentul anodic mediul acid compartimentului catodic. Pentru detalii, a se vedea. În anexa №1 a treia parte a articolului.

emf PKK din interior

FME Element Aceasta are loc, inclusiv în anod de contact semiconductor și catod la părțile lor metalice care servesc pentru a conecta sursa de tensiune externă. Acest emf din cauza PKK interne. IF intern nu creează, în contrast cu câmpul magnetic extern în spațiul care înconjoară conductorii de contact, adică Ea nu afectează mișcarea particulelor încărcate în afara conductoarelor. Construcție n-semiconductor / metal / p-semiconductor este suficient de cunoscut și este utilizat, de exemplu, un termoelectric modulul Peltier. Amploarea FME o astfel de structură, la temperatura camerei poate atinge valori de ordinul a 0.4-0.6 Volt [5, p. 459; 2, p. 552]. Câmpurile de contact sunt orientate în așa fel încât să împingă electronii antiorar în bucla, adică acționează în mod concertat cu sursa externă. Electronii ridica nivelul de energie de a absorbi căldura Peltier mediului.

Intern, dacă apar datorită difuziei de electroni în zonele de contact ale electrozilor și soluției, dimpotrivă, împinge electronii în direcția acelor de ceasornic în bucla. Ie mișcarea electronilor în elementul invers acelor de ceasornic în aceste contacte trebuie să fie alocate Peltier căldurii. dar, pentru că transferul electronilor de la catod în soluție și a soluției din anod este însoțită în mod necesar de o reacție endotermă generatoare de hidrogen și oxigen, căldura Peltier nu este eliberat în mediu, și este de a reduce efectul endoterm, adică cum ar fi „conservat“ în entalpia formării hidrogenului și oxigenului. Pentru detalii, a se vedea. În anexa №2 a treia parte a articolului.

purtători (electroni și ioni) se deplasează în circuitul Elementul nu și căi închise, nici o taxă în elementul care nu se mișcă într-un circuit închis. Fiecare anod de electroni obținut din soluție (în cursul oxidării ionilor OH- la moleculele de oxigen), și trecut printr-un circuit exterior la catod, se volatilizează împreună cu moleculele de hidrogen (în procesul de recuperare a ionilor H +). ioni OH- În mod similar și H + nu se mișcă într-un circuit închis, dar numai la electrodul corespunzător, și apoi se evaporă sub formă de hidrogen molecular și oxigen. Ie iar ionii și electronii fiecare se deplasează în mediul său în domeniul accelerarea DES, și sfârșitul căii, atunci când ajung la suprafața electrodului sunt combinate în moleculă, transformând întreaga energie stocată - energia unei legături chimice, și din bucla!

Toate sursele interne ale emf Element, reduce costurile sursă externă pentru electroliza apei. Astfel, căldura de a absorbi elemente în timpul funcționării sale pentru menținerea difuzia DES ambientului, este de a reduce costul sursei externe, adică, Aceasta crește eficiența electroliză.

Electroliza de apă , fără nici o sursă externă.

Revizuind procesele care apar în elementul prezentat în Fig. 1, o sursă externă parametri nu sunt luate în considerare. Să presupunem că rezistența internă este egală cu Rd și o tensiune de 0. Asta Evnesh electrozii Element sunt scurtcircuitate la o sarcină pasivă (vezi Fig. 5). În acest caz, direcția și amploarea câmpurilor DES care apar la interfața în elementele rămân aceleași.

Fig. 5. In schimb Evnesh (Fig. 1), inclusiv RL sarcină pasiv.

Stabili condițiile de fluxul de curent spontan în acest element. Schimbarea potențialului Gibbs, în conformitate cu formula (1) din anexa №1 a treia parte a articolului:

Δ G arr = (H arr Δ - n) + Q mod

Dacă P> Δ H + Q mod mod = 284.5-47.2 = 237,3 (kJ / mol) = 1,23 (eV / moleculă)

G ARR Δ <0 și proces spontan este posibilă.

Vom considera în continuare că reacția elementelor de generare de hidrogen are loc într-un mediu acid (potențial de electrod de 0 volți) și oxigen într-un (potențial de electrod de 0,4 volți) alcalin. Astfel de potențiale de electrod oferă o membrană (5, fig. 5), tensiunea la care aceasta ar trebui să fie 0,83 volți. Ie energia necesară pentru formarea de hidrogen și oxigen este redus cu 0,83 (eV / moleculă). Apoi, condiția posibilității de proces spontan va:

P> 1.23-0.83 = 0,4 (eV / moleculă) = 77,2 (kJ / mol) (2)

Considerăm că bariera energetică a moleculelor de hidrogen și oxigen care pot fi evitate și fără a utiliza o sursă de tensiune externă. Ie chiar și la n = 0,4 (eV / moleculă), adică cand electrodul interior HPDC 0,4 volți, elementul va fi într-o stare de echilibru dinamic, și orice (chiar mici) modificarea condițiilor de echilibru va determina curentul în circuit.

Un alt obstacol în reacțiile la electrozi este energia de activare, dar este eliminat prin efectul de tunel, care rezultă din cauza micimea decalajului dintre electrozi și soluția [7, p. 147-149].

Astfel, pe baza unor considerente energetice, concluzionăm că actuala spontană în elementul prezentat în Fig. 5, este posibil. Dar ce motive fizice pot provoca acest curent? Aceste motive sunt enumerate mai jos:

1. Probabilitatea de tranziție a electronilor de la catod în soluție mai mare decât probabilitatea de tranziție de la anod în soluție, deoarece n-semiconductor catod are o mulțime de electroni liberi, cu un nivel ridicat de energie, iar anodul p-semiconductor - numai „găuri“, iar aceste „găuri“ sunt la un nivel de energie sub electronii de catod;

2. Membrana este sprijinită în spațiul catodic al unui mediu acid, și în anod - alcalin. În cazul electrozilor inerți, acest lucru conduce la faptul că un potențial de electrod catodic devine mai mare decât anod. Prin urmare, electronii trebuie să se deplaseze printr-un circuit extern de la anod la catod;

3. Taxa de suprafață a soluțiilor polielectrolit care apar din cauza efectului Donnan, creează la câmpul electrod / soluție astfel încât câmpul la catod promovează randamentul de electroni de la catod în soluție, iar câmpul de la anod - intrarea electronilor în anod din soluție;

4. echilibru înainte și reacțiile de la electrozii (curenții de schimb) polarizate spre ioni H + reacții directe de reducere la catod și oxidarea ionilor OH- la anod, deoarece invers acestea sunt însoțite de formarea de gaz (H2 și O2), capabil de a părăsi cu ușurință zona de reacție (Le Chatelier Principiul lui).

Experimente.

Pentru evaluarea cantitativă a tensiunii pe sarcină prin efectul Donnan, un experiment a fost realizat în care elementul de catod a constat din carbon activat cu electrodul de grafit exterior și un anod - un amestec de carbon activat și rășină anion AB-17-8 cu electrodul de grafit exterior. Electroliților - soluție apoasă de NaOH, anodice și catodice spații sunt separate printr-o pâslă sintetică. La electrozi deschise ale acestui element au avut o tensiune de aproximativ 50 mV. Când este conectat la un element al sarcinii extern 10 ohm fix curent de aproximativ 500 de microamps. Când temperatura ambientală crește de la 20 la 30 0C tensiune la electrod extern a crescut la 54 mV. Creșterea tensiunii la temperatura ambiantă, confirmă faptul că sursa de emf este difuzie, adică mișcarea termică a particulelor.

Pentru evaluarea cantitativă a tensiunii pe sarcina din interior experimentul metal / semiconductor HPDC a fost efectuată în care catodul celulei este format din pulbere de grafit sintetic cu electrodul de grafit exterior și un anod - o pulbere de carbură de bor (B4C, p-semiconductor) cu electrodul de grafit exterior. Electroliților - soluție apoasă de NaOH, anodice și catodice spații sunt separate printr-o pâslă sintetică. La electrozi deschise ale tensiunii elementului a fost de aproximativ 150 mV. La conectarea sarcinii externe la elementul 50 de tensiune kOhm a scăzut la 35 mV., O astfel de scădere puternică tensiune datorită carbura de bor redus intrinsec și, ca urmare, un element de înaltă rezistență internă. Tensiunea Investigation versus temperatură pentru un element de o astfel de structură nu este efectuată. Acest lucru se datorează faptului că, pentru un semiconductor, în funcție de compoziția sa chimică, gradul de dopaj și alte proprietăți, modificarea temperaturii în moduri diferite pot influența nivelul Fermi. Ie efect asupra temperaturii emf Element (creștere sau scădere), în acest caz depinde de materialele utilizate, astfel încât acest lucru nu este experiment orientativ.

În acest moment a continuat un alt experiment in care catod celula este realizat dintr-un amestec de pulbere de cărbune activat și KU-2-8 cu electrodul exterior din oțel inoxidabil, iar anodul dintr-un amestec de pulbere de cărbune activat și rășină anion AB-17-8 la electrodul exterior din din oțel inoxidabil. Electrolit - soluție apoasă de NaCl, anodice și catodice spațiile sunt separate printr-un material sintetic simțit. electrozi externi ai acestui element cu luna octombrie 2011 sunt în măsură să scurt-circuit ampermetru pasiv. Actual, care prezintă un ampermetru, aproximativ o zi după rândul său, a scăzut cu 1 mA - până la 100 MKA (care se pare că se datorează polarizării electrozilor), și de atunci mai mult de un an, nu se schimba.

In experimentele practice descrise mai sus în legătură cu cele mai eficiente materiale inaccesibilitate rezultatele obținute în mod substanțial mai mici decât este posibil în mod teoretic. În plus, să fie conștienți de faptul că o parte a FME interne totale Element consumat întotdeauna pentru menținerea reacției de electrod (producerea de hidrogen și oxigen) și nu poate fi măsurată în circuitul extern.

Concluzie.

Rezumând, putem concluziona că natura ne permite să transforme energia termică în energie utilă sau locul de muncă, în timp ce utilizați ca un mediu „de încălzire“, și care nu au un „frigider“. Astfel , efectul Donnan intern și IF energia termică transformată a particulelor incarcate din energia câmpului electric DEL ca căldura de reacție endotermă este transformată în energie chimică.

Element de contact Considerată consumă căldura din mediu și apă, și alocă energie electrică, hidrogen și oxigen! Mai mult decât atât, procesul de consum de energie și utilizarea hidrogenului drept combustibil, iar apa se întoarce înapoi la mediul termic!

Partea 3 din anexă.

Această parte este discutată în continuare Donnan efect de echilibru, la intersecția dintre interior HPDC metal / semiconductor și căldură Peltier asupra reacțiilor redox și potențialul de electrod în elementul.

potențial Donnan (Anexa №1)

Luați în considerare mecanismul de apariție a potențialului Donnan pentru polielectrolit. După contraioni de disociere polielectrolit începe mici sa, prin difuzie, lăsând volumul ocupat de macromolecula. difuzia direcțional de contraioni de mici macromoleculelor volum polielectrolit în solvent se datorează concentrației crescute în cea mai mare parte a macromoleculei, în comparație cu restul soluției. Mai mult, dacă, de exemplu, contraionii mici sunt încărcate negativ, aceasta are ca rezultat faptul că porțiunea interioară a macromoleculei sunt încărcate pozitiv, iar soluția este imediat adiacentă volumului macromolecula - negativ. Ie în jurul unui volum macroion încărcat pozitiv, există un fel de „atmosfera de ioni“ a mici contra-ioni - incarcate negativ. Terminație creștere ionică încărcare atmosferă se produce atunci când câmpul electrostatic între atmosferă macroion volum ionic și echilibrele difuzia termică a contraioni mici. Diferența rezultată potențial echilibru între atmosferă și macroions ionice potențial Donnan. potențial Donnan este , de asemenea , menționată ca potențial de membrană, deoarece o situație similară apare pe o membrană semipermeabilă, de exemplu, când se separă soluția de electrolit, care are ioni de două tipuri - capabili și care nu pot trece prin ea solventului pur.

potențial Donnan poate fi considerat ca un caz de limitare a potențialului de difuzie, în cazul în care mobilitatea unuia dintre ionii (în acest caz macroion) este zero. Apoi, conform [1, p. 535], se ocupa de contor egal cu una din urmatoarele:

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

Ed - potențial Donnan;

R - constanta universală a gazelor;

T - temperatura termodinamică;

F - Faraday constantă;

a1, a2 - contra-activitate în fazele de contact.

In acest membru, în care membrana separă soluțiile poliosnovaniya (pH = Lg a 1 = 14) și poliacid (pH = Lg a 2 = 0), potențial Donnan prin membrană , la temperatura camerei (T = 300 0 K) ar fi:

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

Donnan creșterile potențiale direct proporțional cu temperatura. Pentru difuzia celulei electrochimice Peltier căldura este singura sursă pentru producția de muncă utilă, nu este surprinzător faptul că astfel de elemente FME crește odată cu creșterea temperaturii. În celula de difuzie pentru producerea de muncă, Peltier de căldură este întotdeauna luată din mediul înconjurător. Atunci când fluxurile de curent prin EDL format efect Donnan, într-o direcție ce coincide cu direcția pozitivă a domeniului DES (adică atunci când domeniul DES efectuează lucru mecanic pozitiv), căldura este absorbită din mediu pentru producerea acestei lucrări.

Dar elementul de difuzie este o continuă schimbare și unidirecționale într-o concentrație de ioni, ceea ce duce în final la egalizarea concentrației și frânări direcționată difuzie, spre deosebire de echilibru Donnan, în care, într-un caz de scurgeri quasistatic concentrației de ioni de curenți, odată ce au ajuns la o anumită valoare, rămâne neschimbat .

Fig. 2 prezintă o diagramă a potențialelor redox ale reacțiilor de hidrogen și oxigen atunci când schimbă aciditatea soluției. Diagrama arată că potențialul de electrod al reacției de formare a oxigenului în absența ionilor OH- (1,23 volți într-un mediu acid) este diferit de același potențial la concentrație ridicată (0,4 volți într-un mediu alcalin) la 0,83 volți. In mod similar, potențialul electrodului de reacție care formează hidrogen în absența H + (-0.83 volți în mediu alcalin) este diferit de același potențial la concentrație ridicată (0 V într-un mediu acid), de asemenea, la 0,83 volți [4. 66-67]. Ie evident că 0,83 volți este necesară pentru a obține o concentrație mare de apă în ionii respectivi. Acest lucru înseamnă că 0,83 volți este necesară pentru o masă de disociere neutră a moleculelor de apă în H + și ioni OH-. Astfel, în cazul în care membrana este susținută în mediul nostru Element spațiu catodic acid și într-un anodice alcalin, tensiunea poate ajunge la DEL 0,83 volți sale, ceea ce este în bună concordanță cu calculele teoretice prezentate anterior. Această tensiune asigură un spațiu de înaltă conductivitate membrană DES prin disocierea apei in ioni din interiorul acestuia.

Fig. Potențialele reacției redox 2. Diagrama

descompunerea apei și ionii H + și OH- în hidrogen și oxigen.

IF și Peltier de căldură (Anexa №2)

„Cauza efectului Peltier este că energia medie a purtătorilor de sarcină (pentru electroni definiteness) implicate în conductivitatea electrică în diferite conductoare de diferite ... în tranziția de la un conductor într-un alt electron sau transmite rețea de energie electrică în exces sau să completeze o lipsă de energie pe cheltuiala sa (în funcție de direcția curentului).

Fig. 3. Efectul Peltier asupra metalului de contact și semiconductor N-: ԐF - nivelul Fermi; ԐC - partea de jos a benzii de conducție a semiconductorului; ԐV - banda de valență; I - direcția pozitivă a curentului; cercuri cu săgeți prezentate schematic electroni.

În primul caz, în apropiere de contact este eliberat, iar al doilea - așa-numitele .. absorbite Peltier de căldură. De exemplu, pe semiconductor de contact - din metal (Figura 3) energia electronilor care trec de tip n semiconductor metal (tactil din stânga) este semnificativ mai mare decât ԐF energia Fermi. Prin urmare, acestea încalcă echilibrul termic în metal. Equilibrium este restabilită ca urmare a coliziunilor, în care thermalized electroni, dând exces cristalin de energie. grilă. Metalul semiconductor (tactil dreapta) poate trece doar electronii cele mai energice, astfel încât gazul de electroni în metalul se răcește. La restabilirea echilibrului distribuției de energie consumată zabrele oscilație „[2, p. 552].

Pentru a contacta situația din metal / p-semiconductor este similară. pentru că găuri semiconductoare p-conductivitate furnizează banda de valență, care este sub nivelul Fermi, atunci contactul va fi răcit, în care electronii curg din p-semiconductor la metal. Peltier de căldură eliberată sau absorbită de contactul a doi conductori, datorită producției de negativ sau pozitiv al FI intern.

Inclus în diferența de contact din stânga (fig. 3), pe care alocarea Peltier căldură, o celulă electrolitică, de exemplu, soluția apoasă de NaOH (Figura 4) și semiconductoare din metal și n-lăsați să fie inerte chimic.

Fig. 4. Contactul din stânga n-semiconductor și metalul este deschis și plasat în decalajul soluției de electrolit. Desemnări sunt aceleași ca și în Fig. 3.

Pentru că, atunci când curge curent «I», semiconductoare de n-electroni în energie mai mare decât ajunge soluție care iese din soluție în metal, această energie în exces (căldură al Peltier) trebuie să stea în celulă.

Curentul prin celula poate fi doar un caz de scurgeri în aceasta reacții electrochimice. Dacă reacția exotermă în celulă, căldura Peltier este eliberată în celulă, ca mai mult nu are unde să meargă. Dacă reacția are loc în celula - endotermă, caldura Peltier este în totalitate sau în parte, pentru a compensa efectul endotermică, adică, pentru a forma un produs de reacție. În acest exemplu, reacția celulară totală: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endotermă, astfel încât căldura (energia) a Peltier este de a crea molecule și H2 O2, sunt formate pe electrozi. Astfel, obținem că căldura Peltier selectat în mediu în dreapta n-contact semiconductor / metalul nu este eliberat înapoi în mediu, și este stocată sub formă de energie chimică a moleculelor de hidrogen si oxigen. Evident, funcționarea sursei de tensiune externă este consumată pentru electroliza apei, în acest caz, va fi mai mică decât în cazul electrozilor identici, cauzând nici apariție a efectului Peltier ..

Indiferent de proprietățile electrozilor, celula electrolitică se poate absorbi sau genera căldură când trece prin Peltier curent la acesta. Condițiile cvasistatice, potențiala schimbare a celulelor Gibbs [4, p. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, unde

Δ H - schimbarea entalpie a celulei;

T - temperatura termodinamică;

Δ S - modificarea entropiei celulei;

Q = - T Δ S - căldura celulei Peltier.

Pentru o celulă electrochimică hidrogen-oxigen la T = 298 (K), variația de entalpie ΔHpr = - 284,5 (kJ / mol) [8, p. 120], schimbarea Gibbs potențial [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1,23 = - 237,3 (kJ / mol), în cazul în care

z - numărul de electroni pe moleculă;

F - Faraday constantă;

E - emf celulă.

prin urmare

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

și anume hidrogen-oxigen celule electrochimice generează căldură în mediul Peltier, îmbunătățind în același timp entropia și scăderea acesteia. Apoi, în procesul invers, electroliza apei, care este cazul în exemplul nostru, Peltier căldură Q mod = - Q ave = - 47,3 (kJ / mol) a electrolitului va fi absorbit din mediul înconjurător.

Notăm P - caldura Peltier luat din mediul în dreapta n-contact semiconductor / metal. Căldura P> 0 trebuie să stea în celulă, ci pentru că descompunerea apei în reacția endotermă celulei (Δ H> 0), al Peltier termic P este de a compensa efectul termic al reacției:

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

Mod Q depinde numai de compoziția electrolitului, deoarece Este o caracteristică a celulei electrolitice cu electrozi inerți și n este dependentă numai de materialele de electrod.

Ecuația (1) arată că căldura Peltier P și Q Peltier încălzește mod, sunt producția de muncă utilă. Ie Peltier de căldură luat de mediu reduce costul unei surse de alimentare externă necesară pentru electroliza. O situație în care mediul de căldură este o sursă de energie pentru producerea de muncă utilă, este caracteristică de difuzie, precum si pentru multe celule electrochimice, exemple de astfel de elemente sunt prezentate în [3, p. 248-249].

Referințe

1. Gerasimov Ya. I. de chimie fizică. Tutorial: Pentru universități. V 2 t. T.II. - 2nd ed .. - M:. Chimie, Moscova, 1973. - 624 p.
2. 3. Dashevskiy efect M. Peltier. // enciclopedie fizică. In 5 m. T. III. Magneto - Poynting teorema. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. conta. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov și altele - M:.. Great Encyclopedia Rusă, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Chimie Fizică. În 2 cărți. Voi. 1. Structura materiei. Termodinamicii: Proc. pentru licee; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. 3rd ed .. - M:. Superior. săpt, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Chimie Fizică. În 2 cărți. Voi. 2. Electrochimie. cinetică chimică și cataliză: Proc. pentru licee; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev și colab. -3 ed., Rev. - M:. Superior. săpt, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV curs general al fizicii. Tutorial: Pentru universități. In 5 m. T.III. Electricitate. - 4th ed, stereotipii .. - M: FIZMATLIT;. Publicarea casa de MIPT, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. Chimia fizică a polimerilor. - M:. Chimie, Moscova, 1968. - 536 p.
7. cinetică Vetter K. electrochimică, traduse din limba germană , cu modificările autorului la ediția rusă, editate de Corr. Academia de Științe a URSS prof. Kolotyrkin YM - M:. Chimie, Moscova, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins Physical Chemistry. În 2 v. T.l., tradus din limba engleză a doctor în științe chimice Butin KP - M:. Mir, Moscova, 1980. - 580 p.