Convertizori termoionici

Trimis la data: 2004-01-09 Materia: Fizica Nivel: Facultate Pagini: 4 Nota: / 10 Downloads: 1201
Autor: Agapa410 Dimensiune: 711kb Voturi: Tipul fisierelor: doc Acorda si tu o nota acestui referat: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
vezi mai multe detalii vezi mai putine detalii
Raporteaza o eroare
S-a dovedit ca prezenta plasmei in conditiile naturale ale Terrei este
foarte limitata. Cu toate acestea, datorita eforturilor oamenilor de stiinta care au studiat aceasta stare speciala a materiei aproape ca nu exista astazi nici un sector de activitate industriala,stiintifica, culturala etc. in care, sub o forma sau alta sa nu fie folosita si plasma pentru a usura si infrumuseta viata omului, pentru a ajuta sa invinga natura si sa o transforme in folosul lui.Principalele aplicatii ale plasmei sunt:* surse de lumina* aplicatii in electronica* detector de particule de radiatie* plasma undelor de soc
* convertizori termoionici* generatori magnetohidrodinamici
* sudura cu plasma, plasmatronul* plasma starii solide
Conversia energiei termice sau a energiei mecanice in energie electrica se face de obicei cu ajutorul unor instalatii ce contin
parti mobile care pe langa uzajul in timp al materialelor de constructie determina si pierderi de energie prin frecare.

S-a dovedit ca prezenta plasmei in conditiile naturale ale Terrei este foarte limitata. Cu toate acestea, datorita eforturilor oamenilor de
stiinta care au studiat aceasta stare speciala a materiei aproape ca
nu exista astazi nici un sector de activitate industriala,
stiintifica, culturala etc. in care, sub o forma sau alta sa nu fie
folosita si plasma pentru a usura si infrumuseta viata omului, pentru
a ajuta sa invinga natura si sa o transforme in folosul lui.

Conversia energiei termice sau a energiei mecanice in energie
electrica se face de obicei cu ajutorul unor instalatii ce contin
parti mobile care pe langa uzajul in timp al materialelor de
constructie determina si pierderi de energie prin frecare.

Plasma si-a gasit aplicabilitate in doua tipuri de instalatii in care
conversia de energie termica se face fara sa existe parti mobile, si
anume in convertizorii termoionici si in generatorii
magnetohidrodinamici.

Ideea constructiei unui convertizor termoionic a aparut din urmaririea
modului de functionare a unei diode termoelectrice. Caracteristicile
volt-ampermetrice ale diodei si punctul lor de functionare determina
puterea pe rezistenta de sarcina R (fig.1).

Este evidenta cresterea puterii cand se trece de la diodele pe dreapta
la diodele pe stanga.Puterea pe rezistenta de sarcina P=RI˛=VI este proportionala cu aria dreptunghiului (hasurat) in figura 1 (curba "a"), iar randamentul transformarii este dat de raportul dintre puterea pe rezistenta de sarcina (puterea utila = VI) si puterea consumata pentru incalzirea termocatodului.

Urmarind figura 1 se poate observa ca puterea utila a unei diode termoelelctrice si randamentul sunt cu atat mai mari cu cat
caracteristica volt-ampermetrica este deplasata mai spre stanga si are
o panta cat mai mare. Se zice ca se trece de la diodele "pe dreapta"
la diodele "pe stanga".

Adica se trece de la diodele a caror caracteristica volt-ampermetrica este data in figura 1 de curba "a" la diodele a caror caracteristica este data in figura 1 de curba "c"), lucru posibil prin micsorarea lucrului de extractie al anodului, prin micsorarea distantei catod-anod si prin compresia partiala sau totala a sarcinii spatiale electronice din fata catodului.

Convertizorul termoionic este un "motor termic" format dintr-o incinta
vidata sau umpluta cu gaz sau plasma ce contine termocatod (emitatorul
de electroni) si un anod (colectorul de electroni). Functionarea
convertizorului se face pe seama energiei termice furnizate catodului.
Aceasta energie termica ridica temperatura electronilor la catod , o
parte de electroni avand, statistic, energie suficienta pentru a trece
bariera de extrctie a catodului.

Termoelectronii emisi au atat energie cinetica, pentru ca au parasit o suprafata calda, cat si energie potentiala relativa la electronii din catod, deoarece au fost "ridicati" deasupra barierei potentialului de extractie al catodului.

Un electron care a parasit o suprafata incalzita (catodul) la
temperatura de 1160 K pentru un material cu potentialul de 3V, are o
energie cinetica medie de 0,1 eV si o energie potentiala de 3 eV. De
remarcat este valoarea energiei potentiale este de 30 de ori mai mare
decat valoarea energiei cinetice. Daca electronul intra intr-o alta
suprafata metalica (anodul) el va pierde energie proportional cu
potentialul de extractie al suprafetei metalice in care intra;

Este deci convenabil ca electronii sa fie colectati cu suprafete metalice cu potentiale de extractie cat mai mici posibile. Energia care i-a ramas electronului poate fi utilizata pentru efectuarea unui lucru
mecanic in circuitul extern. Colectorul (anodul) de electroni trebuie
sa aiba temperatura mica (sa fie rece) deoarece o suprafata metalica
emite, la aceeasi temperatura , cu atat mai multi electroni cu cat
potentialul de extractie este mai mic.

Asadar, in convertizorul termoionic, termocatodul trebuie sa fie la o temperatura cat mai mare si sa fie construit dintr-un material cu potentialul de extractie cat mai mare iar anodul trebuie sa fie la o temperatura cat mai mica si sa fie construit dintr-un material cu potentialul de extractie cat maimic.

In acest fel energia ramasa electronului pentru a efectua lucrul
mecanic in circuitul exterior va fi mai mare, deci implicit tensiunea
pe rezistenta de sarcina va fi mai mare (vezi fig.2). In realitate, deplasarea electronilor de la catod spre anod este "obstructionata" de stratul de sarcina spatiala negativa din fata termocatodului astfel ca o parte din energia ramasa electronlui (in rationamentul fara considerarea sarcinii spatiale) trebuie folositapentru invingerea barierei de potential creata de aceasta sarcinanegativa (vezi fig.2).

Este evident ca atentia trebuie indreptata in continuare catre reducere, cat mai mult posibila , a barierei sarcinii spatiale negative. Exista mai multe cai de a face acest lucru, si
anume:neutralizarea electronilor cu ioni;apropierea electrozilor;
folosirea campurilor electrice si magnetice; folosirea unei grile de accelerare;

Nottingham (1959) a aratat asemanarea care exista intre
caracteristicile volt-ampermetrice ale convertizorilor termoionici cu
plasma si cele obtinute teoretic pentru convertizori termoionici in
vid sau sarcina spatiala in conditiile considerarii unor valori mai
mici pentru distanta catod-anod.

Reprezentarea schematica a potentialelor si a pozitiilor in
spatiul catod-anod: E[F]^c,E[F]^a - potentialul electrochimic al
catodului, respactiv al anodului; V=1/e (E[F]^c - E[F]^a) diferenta de
potential in ciruitul extern; ef[c ],ef[a] - lucrul de extractie al
catodului, respectiv al anodului; V[c], V[a] - potentialul ;a
suprafata catodului, la suprafata anodului; d - distanta dintre anod
si catod; x[c], x[a ]- coordonata de pozitie a catodului, repsectiv
anodului.

Intr-o prima proximitate, rolul plasmei se reduce la umplerea unei
mari parti a spatiului catod-anod cu un mediu conductor in care, la
trecerea curentului, are loc doar o cadere mica de tensiune. Marginile
plasmei actioneaza c un anod efectiv, aflandu-se la distanta mica de
termocatod.

Aceasta distanta este de ordinul lungimii de ecranareDebye. Aceasta este cu atat mai mica cu cat concentratia purtatorilor de sarcina din plasma este mai mare, ceea ce permite trecerea, de la catod la anod, a unui curent electronic de saturatie mare.

Alta reprezentare a convertizorilor termoionici cu plasma este data in
lucrarea lui Lewis si Reitz (1959). Autorii considera ca tensiunea
electromotoare si voltajul sunt functie de proprietatile plasmei, la
temperatura ~3000 K si concentratia ~10^19-10^23m-3 In apropierea
catodului se formeaza un strat de sarcina spatiala negativa , iar in
apropierea anodului se formeaza un strat de sarcina spatiala pozitiva
in care exista un gradient de potential.

Distanta catod-anod depaseste cu mult drumul mediu liber al componenentei electronice a plasmei iar viteza de drift a electronlior este mult mai mica decat medie termica ceea ce permite a considera plasma in echilibru termodinamic.Unul din primele convertizoare termoionice cu plasma apartine lui Vener si Medicus (1951). Cercetand arcul de joasa tensiune in Xenon cu catod fierbinte, autorii au observat ca miscarea lucrului de extractie.

Stiri
Nota explicativa
Referatele si lucrarile oferite de Referate.ro au scop educativ si orientativ pentru cercetare academica.

Iti recomandam ca referatele pe care le downloadezi de pe site sa le utilizezi doar ca sursa de inspiratie sau ca resurse educationale pentru conceperea unui referat nou, propriu si original.

Referat.ro te invata cum sa faci o lucrare de nota 10!
Linkuri utile
Programeaza-te online la salonul favorit Descarca gratuit aplicatiile pentru iOS si Android Materiale educative Jocuri Cele mai tari jocuri de pe net Referate scoala Resurse, lucrari, referate materiale pentru lucrari de nota 10
Toate imaginile, textele sau alte materiale prezentate pe site sunt proprietatea referat.ro fiind interzisa reproducerea integrala sau partiala a continutului acestui site pe alte siteuri sau in orice alta forma fara acordul scris al referat.ro. Va rugam sa consultati Termenii si conditiile de utilizare a site-ului. Informati-va despre Politica de confidentialitate. Daca aveti intrebari sau sugestii care pot ajuta la dezvoltarea site-ului va rugam sa ne scrieti la adresa webmaster@referat.ro.
Confidentialitatea ta este importanta pentru noi

Referat.ro utilizeaza fisiere de tip cookie pentru a personaliza si imbunatati experienta ta pe Website-ul nostru. Te informam ca ne-am actualizat politica de confidentialitate pentru a integra cele mai recente modificari privind protectia persoanelor fizice in ceea ce priveste prelucrarea datelor cu caracter personal. Inainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru te rugam sa aloci timpul necesar pentru a citi si intelege continutul Politicii de Cookie. Prin continuarea navigarii pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizarii fisierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Nu uita totusi ca poti modifica in orice moment setarile acestor fisiere cookie urmarind instructiunile din Politica de Cookie.


Politica de Cookie
Am inteles