Как перевести мощность в тепловую мощность: единица тепловой энергии в разных системах измерения

Калькулятор Мощность | Преобразование единиц мощности

В физике мощность — это величина, с которой энергия используется, переносится или преобразовывается. В СИ единицей мощности принято считать Ватт (символ «W», в честь Джеймса Ватта, который является разработчиком парового двигателя в восемнадцатом веке). Один Ватт равен 1 Джоулю в секунду (Дж/с). Также мощность может измеряться и в других величинах, например, таких, как лошадиная сила (л.с.), метрическая лошадиная сила, эрг в секунду (Эрг/с) и фут-фунт в минуту. Термин «мощность» отличается от энергии, так как это величина, с которой энергия изменяется и расходуется.

Конвертер единиц мощности

Переводим из

Переводим в

Результат конвертации:

Как перевести тепловую мощность из Гкал в кВт или кВт в Гкал.

Как перевести кВА в кВт, формула перевода кВА в кВт

Воспользуетесь переводом значений на основе приведенного ниже примера:

Разница кВА и кВт | В чем отличие кВА от кВт

Как перевести кВА в кВт | Перевод кВА в кВт

Говоря языком потребителя: кВт — полезная мощность, а кВА — полная мощность. кВА-20%=кВт или 1кВА=0,8кВт. Для того, чтобы перевести кВА в кВт, требуется от кВА отнять 20% и получится кВт с малой погрешностью, которую можно не учитывать.

К примеру, на бытовом стабилизаторе напряжении указана мощность 10кВа, а вам требуется перевести данные показаний в кВт, следует 10кВа * 0,8=8кВт или 10кВа — 20%=8кВт. Таким образом, для перевода кВА в кВт, применима формула:

Как перевести кВт в кВа

Теперь разберем как получить полную мощность (S) указанную в кВА. Например, на портативном генераторе указана мощность 8 кВт, а вам требуется перевести данные показаний в кВА, следует 8кВт / 0,8=10кВА. Таким образом для перевода кВт в кВА, применима формула:

Более подробную справочную информацию вы можете получить по телефону или e-mail, наши специалисты проконсультируют Вас в рабочее время.

Киловатт и киловатт-час | Какая разница?

Киловатт

Киловатт – кратная единица, образованная от «Ватт»

Ватт

Ватт (Вт, W) – системная единица измерения мощности.
Ватт – универсальная производная единица в системе СИ, имеющая специальное наименование и обозначение. Как единица измерения мощности, «Ватт» был признан в 1889г. Тогда же эта единица и была названа в честь Джеймса Уатта (Ватта).

Джеймс Ватт – человек, который придумал и сделал универсальную паровую машину

Как производная единица системы СИ, «Ватт» был включён в неё в 1960г.
С тех пор, в Ваттах измеряется мощность всего подряд.

В системе СИ, в Ваттах, допускается измерять любую мощность – механическую, тепловую, электрическую и т.д. Также допускается образование кратных и дольных единиц от исходной единицы (Ватт). Для этого рекомендовано использовать набор стандартных префиксов системы СИ, вида – кило, мега, гига и т.д.

Единицы измерения мощности, кратные ватт:

• 1 ватт
• 1000 ватт = 1 киловатт
• 1000 000 ватт = 1000 киловатт = 1 мегаватт
• 1000 000 000 ватт = 1000 мегаватт = 1000 000 киловатт = 1гигаватт
• и т.д.

Киловатт-час

В системе СИ нет такой единицы измерения.
Киловатт-час (кВт⋅ч, kW⋅h) – это внесистемная единица, которая выведена исключительно для учёта использованной или произведённой электроэнергии. В киловатт-часах учитывается количество потреблённой или произведённой электроэнергии.

Использование «киловатт-час», как единицы измерения, на территории России регламентирует ГОСТ 8.417-2002, в котором однозначно указано наименование, обозначение и область применения для «киловатт-час».

Скачать ГОСТ 8.417-2002 GOST-8.417-2002.pdf [510,78 Kb] (cкачиваний: 3310)

Выдержка из ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин», п.6 Единицы, не входящие в СИ (фрагмент таблицы 5).

Внесистемные единицы, допустимые к применению наравне с единицами СИ

Для чего нужен киловатт-час

ГОСТ 8.417-2002 рекомендует использовать «киловатт-час», как основную единицу измерения для учёта количества использованной электроэнергии. Потому что «киловатт-час» – это наиболее удобная и практичная форма, позволяющая получать наиболее приемлемые результаты.

При этом, ГОСТ 8.417-2002 абсолютно не возражает против использования кратных единиц, образованных от «киловатт-час» в тех случаях, когда это уместно и необходимо. Например, при лабораторных работах или при учёте выработанной электроэнергии на электростанциях.

Образованные кратные единицы от «киловатт-час» выглядят, соответственно:

• 1 киловатт-час = 1000 ватт-час,
• 1 мегаватт-час = 1000 киловатт-час,
• и т.д.

Как правильно писать киловатт-час⋅

Правописание термина «киловатт-час» по ГОСТ 8.417-2002:

• полное наименование нужно писать через дефис:
  ватт-час, киловатт-час
• краткое обозначение нужно писать через точку:
  Вт⋅ч, кВт⋅ч, kW⋅h

Прим. Некоторые браузеры неверно интерпретируют HTML-код страницы и вместо точки (⋅) отображают знак вопроса (?) или иной кракозябр.

Аналоги ГОСТ 8.417-2002

Большинство национальных технических стандартов нынешних постсоветских стран увязаны со стандартами бывшего Союза, поэтому в метрологии любой страны постсоветского пространства можно найти аналог российского ГОСТ 8.417-2002, либо ссылку на него, либо его переработанный вариант.

Обозначение мощности электроприборов

Общепринятая практика – обозначать мощность электроприборов на их корпусе.
Возможно следующее обозначение мощности электрооборудования:

• в ваттах и киловаттах (Вт, кВт, W, kW)
  (обозначение механической или тепловой мощности электроприбора)
• в ватт-часах и киловатт-часах (Вт⋅ч, кВт⋅ч, W⋅h, kW⋅h)
  (обозначение потребляемой электрической мощности электроприбора)
• в вольт-амперах и киловольт-амперах (VA, кVA )
  (обозначение полной электрической мощности электроприбора)

Единицы измерения для обозначения мощности электроприборов

ватт и киловатт (Вт, кВт, W, kW)

— единицы измерения мощности в системе СИ

Используются для обозначения общей физической мощности чего угодно, в том числе и электроприборов. Если на корпусе электроагрегата стоит обозначение в ваттах или киловаттах – это значит, что этот электроагрегат, во время своей работы, развивает указанную мощность. Как правило, в «ваттах» и «киловаттах» указывается мощность электроагрегата, который является источником или потребителем механического, теплового или иного вида энергии. В «ваттах» и «киловаттах» целесообразно обозначать механическую мощность электрогенераторов и электродвигателей, тепловую мощность электронагревательных приборов и агрегатов и т.д. Обозначение в «ваттах» и «киловаттах» производимой или потребляемой физической мощности электроагрегата происходит при условии, что применение понятия электрической мощности будет дезориентировать конечного потребителя. Например, для владельца электронагревателя важно количество полученного тепла, а уже потом – электрические расчёты.

ватт-час и киловатт-час (Вт⋅ч, кВт⋅ч, W⋅h, kW⋅h)

— внесистемные единицы измерения потребляемой электрической энергии (потребляемой мощности). Потребляемая мощность – это количество электроэнергии, расходуемое электрооборудованием за единицу времени своей работы. Чаще всего, «ватт-часы» и «киловатт-часы» применяются для обозначения потребляемой мощности бытовой электротехники, по которой её собственно и выбирают.

вольт-ампер и киловольт-ампер (ВА, кВА, VA, кVA )

— Единицы измерения электрической мощности в системе СИ, эквивалентные ватт (Вт) и киловатт (кВт). Используются в качестве единиц измерения величины полной мощности переменного тока. Вольт-амперы и киловольт-амперы применяются при электротехнических расчётах в тех случаях, когда важно знать и оперировать именно электрическими понятиями. В этих единицах измерения можно обозначать электрическую мощность любого электроприбора переменного тока. Такое обозначение будет наиболее соответствовать требованиям электротехники, с точки зрения которой – все электроприборы переменного тока имеют активную и реактивную составляющие, поэтому общая электрическая мощность такого прибора должна определяться суммой её частей. Как правило, в «вольт-амперах» и кратным им единицам измеряют и обозначают мощность трансформаторов, дросселей и других, чисто электрических преобразователей.

Выбор единиц измерения в каждом случае происходит индивидуально, на усмотрение производителя. Поэтому, можно встретить бытовые микроволновки от разных производителей, мощность которых указана в киловаттах (кВт, kW), в киловатт-часах (кВт⋅ч, kW⋅h) или в вольт-амперах (ВА, VA ). И первое, и второе, и третье – не будет ошибкой. В первом случае производитель указал тепловую мощность (как нагревательного агрегата), во втором – потребляемую электрическую мощность (как электропотребителя), в третьем – полную электрическую мощность (как электроприбора).

Поскольку бытовое электрооборудование достаточно маломощное, чтобы учитывать законы научной электротехники, то на бытовом уровне, все три цифры – практически совпадают

Разница между киловатт и киловатт-час

Учитывая вышеизложенное можно ответить на главный вопрос статьи

Киловатт и киловатт-час | Какая разница?

• Самая большая разница заключается в том, что киловатт – это единица измерения мощности, а киловатт-час – это единица измерения электроэнергии. Путаница и неразбериха возникает на бытовом уровне, где понятия киловатт и киловатт-час отождествляются с измерением производимой и потребляемой мощности бытового электроприбора.
• На уровне бытового прибора-электропреобразователя – разница только в разделении понятий выдаваемой и потребляемой энергии. В киловаттах измеряется выдаваемая тепловая или механическая мощность электроагрегата. В киловатт-часах измеряется потребляемая электрическая мощность электроагрегата. Для бытового электроприбора цифры вырабатываемой (механической или тепловой) и потребляемой (электрической) энергии практически совпадают. Поэтому, в быту нет никакой разницы, в каких понятиях выражать и в каких единицах измерять мощность электроприборов.
• Связывание единиц измерения киловатт и киловатт-час применимо только для случаев прямого и обратного преобразования электрической энергии в механическую, тепловую и т.д.
• Совершенно недопустимо применять единицу измерения «киловатт-час» в случае отсутствия процесса преобразования электроэнергии. Например, в «киловатт-час» нельзя измерять потребляемую мощность дровяного отопительного котла, но можно измерять потребляемую мощность электрического отопительного котла. Или, например, в «киловатт-час» нельзя измерять потребляемую мощность бензинового двигателя, но можно измерять потребляемую мощность электромотора
• В случае прямого или обратного преобразования электрической энергии в механическую или тепловую, увязать киловатт-час с другими единицами измерения энергии можно при помощи онлайн-калькулятора сайта tehnopost.kiev.ua:
  Перевести киловатт-часы =>
  в Джоули, калории и кратные им единицы

Разница в обозначении мощности механических и тепловых электроприборов

Для механических электроприборов (электродвигателей) указывают номинальную (рабочую) механическую мощность в ваттах или киловаттах, которую максимально может выдавать электромотор при своей нормальной работе. Реальная потребляемая электрическая мощность электромотора будет отличаться от указанной, в зависимости от его механической нагрузки. Например, при холстом ходе электродвигатель потребляет электричества, примерно 30% от номинальной мощности, а при максимальной нагрузке 101%…103% от номинала.

Для тепловых электроприборов (плиты, печки, обогреватели) указывают максимальную тепловую мощность, которую может выдать тепловой (нагревающий) элемент. Реальная потребляемая электрическая мощность электронагревателя будет отличаться от указанной, в зависимости от положения регулятора мощности.

Разница в терминах киловатт и киловатт-час на tehnopost.kiev.ua

1. Что такое «ватт»
2. Что такое «киловатт»
3. Что такое «киловатт-час»
4. Для чего нужен «киловатт-час»
5. Как правильно писать «киловатт-час»
6. Обозначение мощности электроприборов
7. Единицы измерения мощности электроприборов
8. Разница между киловатт и киловатт-час
9. Разница в обозначении мощности
   механических и тепловых электроприборов
10. Перевести киловатт-часы =>
    в Джоули, калории и кратные им единицы

Альтернативное Отопление: отопление топливо теплота

Калькулятор преобразования мощности и теплового потока

Значение для преобразования:

действительное число или научное представление

От: БТЕ [IT] в час (БТЕ / ч) БТЕ [IT] в минуту (БТЕ / мин) БТЕ [IT] в секунду (БТЕ / с) калория [IT] в час (кал / час) калория [IT] в минуту (кал / мин) калорий [IT] в секунду (кал / с) BTU [th] в час (BTU / ч) BTU [th] в минуту (BTU / мин) BTU [th] в секунду (BTU / s) ) калория [th] в час (кал / час) калория [th] в минуту (кал / мин) калория [th] в секунду (кал / с) cheval-vapeur (cv) эрг в час (эрг / час) эрг на мин (эрг / мин) эрг в секунду (эрг / с) фут-фунт-сила в час (фут-фунт-сила / ч) фут-фунт-сила в минуту (фут-фунт-сила / мин) фут-фунт-сила в секунду ( фут-фунт-сила / с) фут-фунтал в час (фут-фунт-сила / ч) фут-фунтал в минуту (фут-фунт-сила / мин) фут-фунтал в секунду (фут-фунт-сила / с) мощность в лошадиных силах (550 фут-фунт-сила / с ) (л.с.) мощность (котел) (л.с.) мощность (электрическая) (л.с.) мощность (метрическая система) (л.с.) мощность (ед.)K.) (л.с.) мощность (вода) (л.с.) джоуль в час (Дж / ч) джоуль в минуту (Дж / мин) джоуль в секунду (Дж / с) киловатт (кВт) пфердестарке (PS) ватт (Вт)

Кому:
БТЕ [ИТ] в час (БТЕ / ч) БТЕ [ИТ] в минуту (БТЕ / мин) БТЕ [ИТ] в секунду (БТЕ / с) калория [ИТ] в час (кал / ч) калория [ИТ] в минуту (кал / мин) калория [IT] в секунду (кал / с) BTU [th] в час (BTU / ч) BTU [th] в минуту (BTU / мин) BTU [th] в секунду (BTU / s) калория [th] в час (кал / ч) калория [th] в минуту (кал / мин) калория [th] в секунду (кал / с) cheval-vapeur (cv) эрг в час (эрг / ч) эрг в минуту ( эрг / мин) эрг в секунду (эрг / с) фут-фунт-сила в час (фут-фунт-сила / ч) фут-фунт-сила в минуту (фут-фунт-сила / мин) фут-фунт-сила в секунду (фут-фунт-сила в секунду) фунт-сила / с) фут-фунтал в час (фут · фунт-сила / ч) фут-фунтал в минуту (фут · фунт-сила / мин) фут-фунтал в секунду (фут · фунт-сила / с) мощность в лошадиных силах (550 фунт-сила / с) л.с.) мощность (котел) (л.с.) мощность (электрическая) (л.с.) мощность (метрическая) (л.с.) мощность (ед.)K.) (л.с.) мощность (вода) (л.с.) джоуль в час (Дж / ч) джоуль в минуту (Дж / мин) джоуль в секунду (Дж / с) киловатт (кВт) пфердестарке (PS) ватт (Вт)

.

Эмулятор термоэлектрических материалов — ScienceDaily

Обнаруженные в 19 веке термоэлектрические материалы обладают замечательным свойством: при их нагревании создается небольшой электрический ток. Но повышение этого тока до уровня, совместимого с потребностями современных технологий, выявило необычайную проблему для ученых последних десятилетий, несмотря на важные теоретические и экспериментальные усилия. Теперь новый подход может привести к существенному прогрессу. В ETH Zurich группа квантовой оптики Тилмана Эсслингера создала ключевую модель для лучшего понимания фундаментальных явлений — «эмулятор термоэлектрического материала».«

Это произошло почти случайно: в Цюрихе член группы Жан-Филипп Брантю и его коллеги только что поставили новый эксперимент, когда навестивший его профессор Антуан Жорж из Коллеж де Франс и Женевского университета взглянул на лабораторию и был в восторге. «Мы действительно не думали, что в нашем эксперименте мы сможем получить эффективное термоэлектричество, — вспоминает Жан-Филипп Брантю, — но затем он сказал нам, что наша установка была чрезвычайно интересной, в чем он и его коллеги Коринна Коллат (Университет Бонна)» и Шарль Гренье (Политехническая школа — CNRS) искали в течение многих лет.«

Антуан Жорж вернулся на следующий же день с кучей уравнений, чтобы убедить исследователей в том, что их эксперимент является идеальным способом изучения термоэлектричества. Это вызвало плодотворное сотрудничество между теоретиками из Парижа, Бонна и Женевы и экспериментаторами из Цюриха. Результаты международной команды теперь представлены в « Science ».

От тепла к электричеству

Производство электричества за счет тепла обычно включает сжигание горючего, которое затем нагревает жидкость, которая приводит в движение механическую турбину, которая в конечном итоге производит электрический ток.В термоэлектрических материалах весь цикл, выполняемый тепловым двигателем, происходит естественным образом. Однако этот эффект невелик, и для известных до сих пор материалов эффективность термоэлектрических генераторов намного меньше, чем у электростанций.

В настоящее время технология в основном используется для питания космических зондов, таких как марсоход Curiosity, исследующих планету Марс, или для небольших устройств, таких как датчики с автономным питанием. Но эксперты ожидают, что в будущем появится широкий спектр возможных приложений.В любом двигателе теряется много тепла. Автомобильные компании уже тестируют различные системы рекуперации энергии из выхлопных газов, ожидая экономии топлива от 3 до 5%. Другими потребительскими приложениями могут быть питание мобильных телефонов или часов от тепла тела. Высокоэффективный термоэлектрический материал был бы основным источником возобновляемой энергии, поскольку тепло обычно расходуется впустую в результате деятельности человека.

В ETH эмулятор термоэлектрического материала находится в вакуумной камере, сделанной из стекла. Внутри находится газ из атомов лития.С помощью лазеров газ охлаждается до очень низких температур, близких к абсолютному нулю ниже минус 273 градусов Цельсия. В этих условиях атомы газа ведут себя как электроны в материале. Для моделирования термоэлектричества атомы захватываются набором лазерных лучей. Они создают пространственно изменяющуюся структуру, в которой атомы движутся как электроны в материале.

Большой сюрприз

Использование атомов, захваченных лазером, для моделирования поведения сложных материалов — хорошо испытанный метод в Цюрихе.В течение последних десяти лет группа квантовой оптики ETH изучала сверхпроводники или магниты и даже устройства, прикрепленные к проводам и проводящие токи. Но исследователь не ожидал, что их новый эксперимент окажется столь успешным. «С помощью простых ингредиентов мы моделируем термоэлектричество, которое по эффективности не уступает природным материалам», — объясняет Тилман Эсслингер, профессор квантовой оптики. «Это было большим сюрпризом».

Хотя это все еще фундаментальное исследование, эксперимент может оказать более сильное влияние на материаловедение, чем команда предполагала вначале.«Наш эксперимент может служить своего рода эталоном», — говорит Жан-Филипп Бранту, который продолжит свои исследования, основанные Швейцарским национальным научным фондом. В следующие два года команда попытается продолжить первоначальный эксперимент, чтобы изучить более сложные системы. Но уже сейчас имитация холодного атома проливает новый свет на термоэлектричество: сравнение теории и экспериментов, которые часто трудны для природных материалов из-за их высокой сложности, теперь можно точно провести на атомах.Даже эффекты дефектов и беспорядка в материалах были успешно исследованы с помощью эмулятора холодного атома.

Благодаря этим новым открытиям, фундаментальные процессы, лежащие в основе термоэлектричества, могут быть изучены контролируемым образом. Это может помочь в моделировании и проектировании термоэлектрических материалов в будущем, особенно там, где эксперименты с природными материалами все еще не имеют теоретической интерпретации.

История Источник:

Материалы предоставлены ETH Zurich . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

.

Производство электроэнергии из отходящего тепла

Это крошечное устройство на основе кремния, разработанное в Sandia National Laboratories, может улавливать и преобразовывать отходящее тепло в электрическую энергию. Ректенна, сокращенно от выпрямительной антенны, изготовлена ​​из обычного алюминия, кремния и диоксида кремния с использованием стандартных процессов, применяемых в промышленности интегральных схем. Предоставлено: Рэнди Монтойя.

Прямое преобразование электроэнергии в тепло очень просто. Это регулярно происходит в вашем тостере, то есть если вы регулярно готовите тосты.Напротив, преобразовать тепло в электрическую энергию не так-то просто.

Исследователи из Sandia National Laboratories разработали крошечное устройство на основе кремния, которое может использовать то, что ранее называлось отработанным теплом, и превращать его в источник постоянного тока. Их прогресс был недавно опубликован в Physical Review Applied.

«Мы разработали новый метод существенной рекуперации энергии из отходящего тепла.Автомобильные двигатели выделяют много тепла, и это тепло — пустая трата, верно? Итак, представьте, можете ли вы преобразовать тепло двигателя в электрическую энергию для гибридного автомобиля. Это первый шаг в этом направлении, но предстоит еще многое сделать «, — сказал Пол Дэвидс, физик и главный исследователь исследования.

«В ближайшее время мы собираемся создать компактный инфракрасный источник питания, возможно, чтобы заменить радиоизотопные термоэлектрические генераторы». Генераторы, называемые РИТЭГами, используются для таких задач, как питание датчиков для космических миссий, которые не получают достаточного количества прямого солнечного света для питания солнечных батарей.

Устройство

Davids сделано из обычных материалов, которые используются в большом количестве, таких как алюминий, кремний и диоксид кремния — или стекло — в сочетании очень необычным образом.

Кремниевое устройство улавливает, направляет и преобразует тепло в энергию

Устройство меньше ногтя на мизинце, примерно 1/8 на 1/8 дюйма, вдвое меньше десятицентовика и металлически блестит. Верх сделан из алюминия, на котором протравлены полосы, примерно в 20 раз меньше ширины человеческого волоса. Этот рисунок, хотя и слишком мал, чтобы его можно было увидеть невооруженным глазом, служит антенной для улавливания инфракрасного излучения.

Между алюминиевым верхом и кремниевым днищем находится очень тонкий слой диоксида кремния. Толщина этого слоя составляет около 20 атомов кремния, что в 16000 раз тоньше человеческого волоса. Алюминиевая антенна с рисунком и травлением направляет инфракрасное излучение в этот тонкий слой.

Инфракрасное излучение, захваченное диоксидом кремния, создает очень быстрые электрические колебания, примерно 50 триллионов раз в секунду.Это асимметрично перемещает электроны вперед и назад между алюминием и кремнием. Этот процесс, называемый выпрямлением, генерирует чистый постоянный электрический ток.

Команда называет свое устройство инфракрасной ректенной, портмоне выпрямительной антенны. Это твердотельное устройство без движущихся частей, которые могут заклинивать, сгибаться или ломаться, и ему не нужно напрямую касаться источника тепла, что может вызвать термическое напряжение.

При производстве инфракрасных ректенн используются стандартные масштабируемые процессы

Поскольку команда создает инфракрасную ректенну с использованием тех же процессов, которые используются в индустрии интегральных схем, она легко масштабируется, сказал Джошуа Шенк, инженер-электрик и первый автор статьи, который тестировал устройства и моделировал физику, лежащую в основе, в то время как он был докторантом Сандии. парень.

Он добавил: «Мы сознательно сосредоточились на распространенных материалах и процессах, которые можно масштабировать. Теоретически любое коммерческое предприятие по производству интегральных схем могло бы сделать эти ректенны».

Нельзя сказать, что создание текущего устройства было легким. Роб Джареки, инженер-технолог, который руководил разработкой процессов, сказал: «Под капотом огромная сложность, и для создания устройств требуются всевозможные технологические приемы».

Одна из самых больших производственных проблем заключалась в том, чтобы вставить небольшое количество других элементов в кремний или легировать его, чтобы он отражал инфракрасный свет, как металл, сказал Яреки.«Обычно кремний не до смерти допируют, не пытаются превратить его в металл, потому что для этого есть металлы. В данном случае нам нужно было добавить в него как можно больше примесей, не повредив материал».

Устройства были произведены в Комплексе инженерии микросистем Sandia, науки и приложений. Команда получила патент на инфракрасную ректенну и подала несколько дополнительных патентов.

Версия инфракрасной ректенны, о которой команда сообщила в Physical Review Applied, вырабатывает 8 нановатт мощности на квадратный сантиметр от специальной тепловой лампы при 840 градусах.Для контекста, типичный калькулятор на солнечной энергии потребляет около 5 микроватт, поэтому для питания калькулятора им потребуется лист инфракрасных ректенн немного больше, чем стандартный лист бумаги. Итак, у команды есть много идей для будущих улучшений, чтобы сделать инфракрасную ректенну более эффективной.

Дальнейшая работа по повышению эффективности инфракрасной ректенны

Эти идеи включают создание двухмерной диаграммы направленности верхней антенны вместо одномерных полос, чтобы поглощать инфракрасный свет во всех поляризациях; перепроектирование выпрямительного слоя в двухполупериодный выпрямитель вместо текущего полуволнового выпрямителя; и изготовление инфракрасной ректенны на более тонкой кремниевой пластине для минимизации потерь мощности из-за сопротивления.

Благодаря улучшенной конструкции и большей эффективности преобразования выходная мощность на единицу площади увеличится. Дэвидс считает, что через пять лет инфракрасная ректенна может стать хорошей альтернативой РИТЭГам для компактных источников питания.

Шэнк сказал: «Нам нужно продолжать совершенствоваться, чтобы быть сопоставимыми с РИТЭГами, но ректенны будут полезны для любого приложения, где вам нужно что-то для надежной работы в течение длительного времени, и где вы не можете пойти и просто изменить Однако мы не собираемся быть альтернативой солнечным панелям в качестве источника энергии в масштабе сети, по крайней мере, в ближайшем будущем.«

Дэвидс добавил: «Мы устранили эту проблему, и теперь мы приближаемся к точке, где мы видим относительно большой выигрыш в преобразовании энергии, и я думаю, что есть путь вперед в качестве альтернативы термоэлектрикам. . Приятно дойти до этого момента. Было бы здорово, если бы мы смогли увеличить масштаб и изменить мир ».

Инновационная конструкция диодов использует сверхбыстрое квантовое туннелирование для сбора инфракрасной энергии из окружающей среды.

Дополнительная информация:
Джошуа Шэнк и др.Выработка энергии из теплового источника излучения с использованием инфракрасной ректенны большой площади, Physical Review Applied (2018). DOI: 10.1103 / PhysRevApplied.9.054040

Предоставлено
Сандийские национальные лаборатории

Ссылка :
Производство электроэнергии из отходящего тепла (9 июля 2018 г.)
получено 28 августа 2020
с https: // физ.org / news / 2018-07-electric-power.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.

Использование тепла тела для питания электронных устройств

Разработка эффективных термоэлектрических материалов означает, что тепло тела, скажем, от руки человека, можно использовать для питания небольших портативных устройств, в данном случае красного светодиода. Предоставлено: Институт исследований и инженерии материалов A * STAR (IMRE)

Если термоэлектрические материалы могут преобразовывать низкопотенциальное тепло в электричество, нам, возможно, больше никогда не понадобится заряжать носимые устройства дома.

Ночью большинство из нас подключают к себе кучу проводов и устройств, заряжая свои умные часы, телефоны и фитнес-трекеры. Это куча, которая вряд ли станет меньше по мере того, как в нашу жизнь входит все больше и больше носимых технологий. Производители и футурологи предсказывают, что вскоре они станут самодостаточными в плане энергии, и что мы избавимся от их беспорядка. Но остается вопрос: как? На данный момент единственными крупными портативными источниками энергии являются солнечные зарядные устройства, но они имеют значительные ограничения как в помещении, так и в темное время суток.

Кедар Хиппалгаонкар, Цзянвэй Сюй и их коллеги из Института исследований и инженерии материалов A * STAR (IMRE) считают, что вскоре они смогут использовать низкопотенциальное отработанное тепло — например, выхлопные газы автомобилей или тепло тела — для питания устройств.

«Огромное количество низкопотенциального отходящего тепла выбрасывается в окружающую среду», — говорит Хиппалгаонкар. Преобразование этого тепла в электричество — большая возможность, которую нельзя упускать.

Высокотемпературные термоэлектрические генераторы уже являются ключевым источником энергии для космических приборов.Марсоход Curiosity и межзвездный космический зонд Voyager 2 используют долговременное ядерное тепло. Последний работает на этом типе электроэнергии более 40 лет. «Производство термоэлектрической энергии — не новая идея», — объясняет Хиппалгаонкар. «Он исследуется с 1950-х годов, и было проведено множество исследований новых материалов, но в прошлом большая часть работы была сосредоточена на токсичных, неорганических материалах и приложениях с высокими температурами эксплуатации».

Хиппалгаонкар соглашается с тем, что распространение устройств Интернета вещей влечет за собой спрос на нетоксичные портативные источники питания.Будущие датчики тела и портативные устройства можно было бы носить постоянно, если бы они использовали тепло тела для получения энергии. «Но для этого нам нужно разработать подходящие новые термоэлектрические материалы, которые будут эффективны при более низких температурах, нетоксичны и дешевы в производстве».

Другая важная возможность — использовать отходящее тепло, выходящее через выхлопные газы двигателей автомобилей, самолетов или кораблей, добавляет он. Произведенная электроэнергия может затем подаваться обратно в автомобиль, уменьшая его воздействие на окружающую среду.

Проект PHAROS компании A * STAR сфокусирован на материалах, которые сделают эти термоэлектрические генераторы возможными. Пятилетний проект, начатый в 2016 году, направлен на поиск материала, который был бы нетоксичен и, в идеале, богат землей (что делает его дешевым), эффективным и простым в изготовлении. Для этого они разрабатывают менее токсичные гибридные материалы, сочетающие в себе органические и неорганические элементы, и ищут материалы с потенциалом для производства низкотемпературной термоэлектрической энергии.

В проекте участвуют Хиппалгаонкар, физик твердого тела и эксперт в области поведения фононов, фотонов и электронов в наноразмерных и двумерных материалах, и Цзянвэй Сюй, химик с обширным опытом исследований в области органических материалов, особенно полупроводниковых полимеров. .

Отключение тепла от тепловой энергии

Для зарядки персональных устройств с использованием термоэлектрических материалов в генераторе используется эффект Зеебека, при котором разница температур создает электрическое напряжение на стыке двух разных материалов (часто, но не исключительно, полупроводников с примесью p и n).Это напряжение можно использовать для управления устройством или зарядки аккумулятора.

На сегодняшний день наиболее хорошо зарекомендовавшие себя и успешные термоэлектрические материалы основаны на теллуридах металлов, включая теллурид свинца и теллурид висмута. Они коммерчески доступны и используются в качестве источника энергии в космосе, где они могут локально вырабатывать электроэнергию для питания спутников и космических зондов. Но они хорошо работают только при высоких температурах, а в космосе ядерный изотоп на борту используется для генерации этого тепла и создания высокого перепада температур.Такой подход может выступать в качестве долгосрочного местного источника энергии, но потенциальные риски для здоровья, связанные с ядерной радиацией, означают, что он не подходит для многих наземных применений.

«Не хватает эффективных материалов, которые работают примерно при комнатной температуре, и это то, что мы хотим решить с помощью проекта PHAROS», — говорит Сюй. Однако определить новые кандидаты в термоэлектрические материалы, изготовить их, а затем понять, что происходит с переносом заряда внутри них, — непростая задача.

На сегодняшний день команда PHAROS изучает широкий спектр сопряженных полупроводниковых полимеров (таких как полианилин, P3HT или PEDOT: PSS) для органических компонентов их гибридов, которые затем объединяются с неорганическим компонентом, например, из теллура. нанопроволоки, наночастицы кремния или двумерные материалы, такие как MoS2, MoS2. С их помощью они исследовали использование углеродных нанотрубок в качестве добавки.

Группа также исследовала термоэлектрический потенциал перовскитов иодида свинца метиламмония1, системы неорганических и органических гибридных материалов, получившей известность в последние годы после успешного использования в солнечных элементах.Этот гибридный материал не уступает кремнию по эффективности преобразования энергии. Большим преимуществом использования частично-органической системы является то, что она подходит для обработки в растворе, при которой получаются тонкие и гибкие материалы большой площади, которые можно дешево печатать струйной печатью.

Однако для того, чтобы термоэлектрический материал работал хорошо, в идеале он должен иметь большой коэффициент Зеебека, который показывает, насколько большим будет генерируемое напряжение при заданной разнице температур. Также важно, чтобы материал обладал высокой электропроводностью, чтобы заряд мог свободно течь, а также низкой теплопроводностью, чтобы поддерживать температурный градиент на месте.

«Очень сложно достичь этих качеств одновременно», — говорит Хиппалгаонкар. «В идеале вы хотите найти материал, который сочетает в себе низкую теплопроводность дерева с высокой электропроводностью металла, а это нелегко сделать».

Материалы с высшей оценкой

Чтобы упростить сравнение материалов, было разработано так называемое «значение ZT», которое учитывает коэффициент Зеебека, теплопроводность, электропроводность и температуру.«Нам действительно нужно что-то с ZT примерно равным 1», — говорит Сюй, хотя такое высокое значение ZT не обязательно для многих применений. В настоящее время 1 может быть достигнуто в теллуриде висмута и теллуриде свинца, но оба материала токсичны, дороги в производстве и жесткие.

Недавно команда PHAROS разработала более безопасный материал, который на 10–20% соответствует идеальной термоэлектрической таблице показателей. Они сделали это в сотрудничестве с исследователями из американской Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (LBNL), оптимизировав систему материалов, которая сочетает в себе тщательно разработанный сопряженный полимер с нанопроволоками теллура.Обнадеживает то, что были достигнуты значения ZT примерно 0,1–0,22.

Этому открытию помогли Шо-Ван Ян из Института высокопроизводительных вычислений в A * Star и его команда, которые помогли объяснить взаимодействия между органическими и неорганическими составляющими материалов, подготовленными командой Джеффа Урбана из LBNL. Благодаря экспериментальной и теоретической работе, проделанной командой Хиппалгаонкара, физика потоков заряда в этих сложных материалах была впервые детализирована, что заложило прочную основу для будущего развития.

«Очень важно изучить границу раздела между органическими и неорганическими веществами», — объясняет Хиппалгаонкар. «Физику того, как заряд движется через такой сложный ландшафт, очень сложно понять».

«Thermoelectric предоставит вам возможность максимально быстро реализовать датчики с автономным питанием», — говорит Хиппалгаонкар. Например, мониторы сердечного ритма имеют очень скромные потребности в энергии, порядка нескольких сотен микроватт. Материал с ZT, равным 1, работающий с перепадом температур примерно 10 ° C при комнатной температуре, генерирует примерно 50 микроватт на квадратный сантиметр, а теоретически самый последний материал PHAROS может достигать 10 микроватт на квадратный сантиметр.Таким образом, портативные носимые устройства с электроэнергией уже поразительно близки к реальности, говорит Хиппалгаонкар. И как только ее коммерческое обещание начнет действовать, их работа только ускорится.

Описание термоэлектрических генераторов

Схема термоэлектрического генератора энергии. Предоставлено: Исследование природы.

Термоэлектрический генератор (ТЭГ) — это устройство, которое преобразует разницу температур в напряжение и управляет прохождением электрического тока по цепи.Это средство преобразования отработанного тепла в электричество. Такие устройства работают благодаря эффекту Зеебека, который был открыт немецким физиком Томасом Иоганном Зеебеком в 1821 году.

ТЭГ обычно изготавливается с использованием легированных полупроводников p- и n-типа для создания двух путей, которые соединяются с металлическими электродами разной температуры, один горячий, другой холодный. Эффект Зеебека означает, что дырки (носители положительного электрического заряда) в материале p-типа и электроны (носители отрицательного заряда) в материале n-типа диффундируют от горячего электрода к холодному электроду, создавая тем самым поток напряжения и тока.Этот процесс также может осуществляться в обратном порядке, когда он известен как эффект Пельтье, и введение электрического тока вызывает охлаждение в месте соединения материалов. Термоэлектрические охладители, также известные как охладители Пельтье, часто используются в малогабаритных устройствах для управления температурой чувствительных электронных и оптоэлектрических устройств, таких как лазерные диоды и фотодетекторы.

Повышенный коэффициент мощности в прозрачных термоэлектрических материалах с нанопроволокой

Дополнительная информация:
Тао Йе и др.Сверхвысокий коэффициент Зеебека и низкая теплопроводность монокристалла перовскита сантиметрового размера, полученного модифицированным методом быстрого роста, журнал Journal of Materials Chemistry C (2017). DOI: 10.1039 / C6TC04594D

Морфология полимера и межфазный перенос заряда преобладают над энергозависимым рассеянием в органо-неорганических гибридных термоэлектриках, опубликовано в Интернете 8 октября 2018 г., arXiv: 1810.03248: arxiv.org/abs/1810.03248

Предоставлено
Агентство науки, технологий и исследований (A * STAR), Сингапур

Ссылка :
Использование тепла тела для питания электронных устройств (16 ноября 2018 г.)
получено 28 августа 2020
с https: // физ.org / news / 2018-11-harnessing-body-power-electronic-devices.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.