«Дәстүрлі емес және жаңаратын энергия көздері»

Дәріс 11

1. Энергияның термоэмиссионды түрленгіштері

2. ТЭТ-ң сипаттамасы

3. Вакуумды режим

Дененің берілген температурасында және электрлі өріс болмаған кездегі эмиссияның максимал мүмкін тығыздығы Ричардсон теңдігі бойынша анықталады:

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 φ_R болатын, ал константа А=А_R 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.
Қарапайым термоэмиссионды энергия түрленгішінің (ТЭТ) принципиалды сызбанұсқасы 54-суретте көрсетілген. ТЭТ-ның аса маңызды сипаттамасы болып коллектор мен эммитердің шығыс жұмысы болып табылады.

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

σ – 5,67*10^-8 Вт/(м²К⁴) – Стефан-Больцман тұрақтысы;

е – электрон заряды.

а – қысқа тұйықталу режимі V=0; б – масималды қуат режимі; в - jsэ режимі.

30 – сурет. Электродаралық саңылауда электрлік потенциалды жайғастыру.
ТЭТ-тан аққан ток, эмиттер мен коллектор арасындағы саңылауында көп көлемдегі электрондардың барымен байланысты. Бұл электрондар саңылауда теріс кеңістікті зарядты тудырады, ал бұл зарядтардың тығыздығы жеткілікті болғанда, саңылауда биіктігі δ потенциалды тосқауылды тудырады, 30, в – суретте көрсетілгендей (нақты тарату).

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 Т_э кезінде мұндай аса кіші саңылауды ұзақ уақыт бойы ұстап тұру өте қиын.

32 – сурет. Бу қысымы С_s мен эмиттердің температурасы әртүрлі болғандағы вольфрам бетінен қоректенетін эмиссионды ток.

33 – сурет. ТЭТ-ң доғалық режимінің вольтамперлік сипаттамас:

∆U_k – потенциалдың катод алды секірісі;

∆U_вых – ТЭТ-ң шығыс кернеуі

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/Т_Сs ) тәуелділігі түрінде көрсеткен ыңғайлы, мұндағы Т – беттің температурасы. Т/Т_Сs>2,7 мәні үшін эмпирикалық формуланы қолдануға болады

1. Энергияның термоэмиссионды түрленгіштері туралы айтып бер

2. ТЭТ- құрылымы?

3. Вакуумды режим дегеніміз не?

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.