«Дәстүрлі емес және жаңаратын энергия көздері»
жүктеу/скачать 39,1 Mb.
|
Дәріс 11(2 сағат) Тақырып. Термоэмиссионды түрлендіргіштер. Дәріс сабақтың мазмұны 1. Энергияның термоэмиссионды түрленгіштері 2. ТЭТ-ң сипаттамасы 3. Вакуумды режим Энергияның термоэмиссионды түрленгіштері екі физикалық құбылысты пайдалануға негізделген – бір-бірімен электрлі байланысқан және электронның шығысында әртүрлі жұмысқа ие, екі әр текті дененің арасында пайда болатын потенциалдардың контактілі әртүрлілігі мен термоэлектронды эмиссия. Дененің берілген температурасында және электрлі өріс болмаған кездегі эмиссияның максимал мүмкін тығыздығы Ричардсон теңдігі бойынша анықталады: js= AT2exp(-φ/KT), (1) мұндағы А=4πmek2h-3 = 120,4 A(см2К2) – универсалды Ричардсон тұрақтысы; m және е – электронның массасы мен заряды; к – Больцман тұрақтысы; Т – беттің абсолютті температурасы; h – Планк тұрақтысы; φ – бір текті беттің шығысының нағыз жұмысы, эВ, ол (жұмыс) минималды жою нүктесінде электрондар энергиясы мен өткізгіштегі(проводник) электрондар- дың химиялық потенциалы арасындағы айырмашылықты білдіреді. Металл ішіндегі электронды газ үшін химиялық потенциал Ферми энергиясына тең. Теориялық формула (1) эмиссия тогының сапалы дұрыс мәндерін ғана береді. Сондықтан тәжірибеде ричардсондық шығыс жұмысы φR болатын, ал константа А=АR эксперименталды анықталатын формула қолданылады. 1 – вакуумды-тығыз түйін; 2 – герметикалық дене; 3 – эмитер; 4 – коллектор; 5 – әкелінетін жылу; 6 – әкетілетін жылу; 7 жүктеме. 28 – сурет. Термоэмиссионды түрлендірігіштің принципиалды сызбанұсқасы.
Вакуумды диод идеалды ТЭТ деп аталады. Онда эмиттерден кететін электрондар еш кедергісіз коллекторға қол жеткізеді, электродтар мен токенгізгіштерде энергияның джоульдық шығыны болмайды, эмиттер изотермиялық болып табылады, ал колектор температурасының төмендігі сонша, тіпті оның бетіндегі эмиссионды токты елемеуге болады. Идеалды диодтың вольт-амперлік сипаттамасы (ВАС) (29-сурет) электраралық саңылаудағы электрлік потенциалды реттеумен анықталады. 29 – сурет. ТЭТ-ң вольт-амперлік сипаттамасы Жүктеме кедергісінің өсуі және V-ның артуы, (55 – сурет, ВС учаскесі; 56 – сурет, в) формулаға сәйкес, эмитерден токтың азаюына әкеледі j= jSЭехр(-  ) (2)
Максималды қуат режимдегі идеалды диодтың пайдалы әрекетінің коэффициенті ηmax=  , (3)
мұндағы ε – эмиттер-коллектор жүйесіндегі металл сәулеленуінің тиімді коэффициенті; σ – 5,67*10-8 Вт/(м2К4) – Стефан-Больцман тұрақтысы; е – электрон заряды.
а – қысқа тұйықталу режимі V=0; б – масималды қуат режимі; в - j 30 – сурет. Электродаралық саңылауда электрлік потенциалды жайғастыру.
ТЭТ-ң жоғарғы ПӘК-ін алу үшін міндетті түрде электрод аралық аймақта кеңістікті зарядты толтыру керек немесе жою керек, ол үшін бір қатар әдіс қолданылады. Ең қарапайым әдіс эмиттер мен коллектор арасындағы қашықтықты азайту болып табылады: қолдануға болатын қуатты алу үшін (см2-қа бірнеше ватт), d=0,01 мм-ден кем емес саңылауы болу керек. Беттің бырысу немесе ісіну нәтижесінде қалыптасқан жоғарғы Тэ кезінде мұндай аса кіші саңылауды ұзақ уақыт бойы ұстап тұру өте қиын. 32 – сурет. Бу қысымы Сs мен эмиттердің температурасы әртүрлі болғандағы вольфрам бетінен қоректенетін эмиссионды ток. Сонымен қатар, қазіргі кезде ұзақ уақыт бойы вакуумды режимде жұмыс істеуге жарамды материалдар жоқ. Жоғарғы эмиссиялы материалдар (шамамен 10 А/см2) Т~2300К болғанда шамадан тыс жоғарғы булану жылдамдығына ие. Вакуумдағы металдардың булану жылдамдығы  - ға пропорционал, эмиссиондық қабілеттілік  - ға пропорционал. Сондықтан Fа/φэ қатынасы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым материалдар ТЭТ эмиттеріне жарамды.
33 – сурет. ТЭТ-ң доғалық режимінің вольтамперлік сипаттамас: ∆Uk – потенциалдың катод алды секірісі; ∆Uвых – ТЭТ-ң шығыс кернеуі Келесі әдістің мәні мынада: электрод арасында қозғалыста болатын бөлшектердің жылдамдығының өсуі. Ол тиым салған режимде магнетронның жұмыс істеу принципіне негізделген. Жеке топтарға, қандай-да бір тәсілмен саңылауда алынған оң иондармен бірге теріс көлемді зарядтардың компенсациясы қолданылатын тәсіл жатады. Иондардың түзілуіне тәуелді ионизаццияның беттік және көлемдік режимдері белгіленеді. Бірінші жағдайда электрод аралық саңылауда Сs буының атмосферасы түзіледі. Баяу балқитын металдардың (w, φ > 4 эВ үшін) жоғарғы шығыс жұмысы есебінде цезийдің әрбір атомы (бетіне түсетін), ионзацияланады. Цезидің буы ТЭТ-та үш түрлі рөл ойнайды. Біріншіден, Сs атомдарынан Сs иондарын жасайды, олар электрондардың теріс көлемді зарядын толтырады. Екіншіден, Сs атомдары коллектор бетінде адсорбциялана отырып олардың шығыс жұмысын төмендетеді және ВАС солға жылжытады (57,58 – сурет). Үшіншіден, Сs буының жоғарғы қысымында олардың атомдары, шығыс жұмысын төмендете отырып, ыстық эмиттердің үстінде адсорбциялана алады. ТЭТ жұмысының цезий буымен үш негізгі режимі мүмкін: 1) квазивакуумды; 2) диффузионды; 3) доғалық. Цезий буларындағы баяу балқитын металдардың тиімді шығыс жұмысын практикалық есептеу үшін φ (Т/ТСs ) тәуелділігі түрінде көрсеткен ыңғайлы, мұндағы Т – беттің температурасы. Т/ТСs>2,7 мәні үшін эмпирикалық формуланы қолдануға болады Φ=φ1 – φ2  -1 (4)
1 – кесте. Кейбір эмиттер материалдары үшін (4) формуладағы константа мәндері
Өздік бақылау сұрақтары 1. Энергияның термоэмиссионды түрленгіштері туралы айтып бер 2. ТЭТ- құрылымы? 3. Вакуумды режим дегеніміз не? Қолданылған оқулықтар 1. А.М. Магамедов «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии». Махачкала Издательско-полиграфическое объединение «Юпитер», г. Махачкала1996. –б. 245. 2. В.А.Агеев «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» курс лекции. 3. Васильев Ю.С., Хрисанов Н.И. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1991. 343 с. 4. Ахмедов Р.Б. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. - М.:О-во «Знание», 1988.
жүктеу/скачать 39,1 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|