Новости Библиотека Учёные Ссылки Карта сайта О проекте


Пользовательский поиск





предыдущая главасодержаниеследующая глава

Полупроводниковая энергетика

В 1821 г. было открыто термоэлектричество, в 1834 г. - перенос электрическим током тепла и холода. Более ста лет прошло, пока эти явления перешли из учебников физики в электротехнику. Последняя долгое время знала только металлы, практически непригодные для термоэлектричества, - они могут вызывать охлаждение максимум на 5-6°, а в электроэнергию превращать не более 1-2% тепла.

Полупроводники резко изменили положение дела. Они вызывают охлаждение на 70° и превращают в электроэнергию 8% тепла. В перспективе видится использование высокотемпературных источников тепла с коэффициентом полезного действия полупроводников 30-70%. Полупроводниковые термоэлементы не требуют вращающихся механизмов - турбин или динамо-машин. Проходящие сквозь них потоки тепла превращаются непосредственно в электроэнергию.

Если учесть, что в современных электростанциях удается достигать КПД 30-40%, станет ясно, что значат перспективы применения термоэлементов. Особый интерес они представляют для решения проблемы использования энергии Солнца. Поток солнечной энергии, получаемой земным шаром, в миллион раз больше всей той электроэнергии, что вырабатывается на Земле. Если бы полностью использовать солнечные лучи, падающие на участок бесплодной пустыни площадью 10 тыс. км2, можно было бы снабжать электроэнергией все человечество. Эту задачу могли бы выполнить полупроводники. Разумеется, при этом возникло бы много трудностей. Например, встал бы вопрос: как скопить энергию на ночь и в расчете на пасмурные дни и т. п.? Все эти сложные технические задачи могут быть решены.

Полупроводники незаменимы в космических полетах. На первый план здесь выступает как раз превращение с их помощью солнечной энергии в электрическую.

Длительное функционирование орбитальных научных станций типа "Салют" поставило перед учеными и конструкторами новые задачи. Среди них первостепенное значение приобретает развитие космической энергетики.

"Обеспечение полетов космических кораблей, искусственных спутников Земли, орбитальных и межпланетных станций требует затраты значительных количеств электроэнергии,- рассказывает член-корреспондент АН СССР, Герой Социалистического Труда Н. С. Лидоренко. - Она нужна для питания разнообразного оборудования, осуществления радиосвязи с Землей, передачи телеметрической информации. Наиболее распространенный метод получения электроэнергии на борту космических аппаратов - с помощью солнечных электростанций. Состоят они, как правило, из первичного основного генератора - полупроводниковых преобразователей солнечной энергии - солнечных батарей, системы автоматики, химического накопителя, запасающего выработанную первичным генератором энергию и отдающего ее по мере необходимости.

За время, прошедшее с 1958 г., когда первая советская солнечная батарея успешно функционировала на третьем искусственном спутнике Земли, в области прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей достигнут определенный успех. Развитие технологии полупроводниковых материалов, получение новых полупроводников широкого класса с высокой степенью очистки от примесей, успехи теории физических процессов позволили увеличить КПД преобразователей.

В космосе фотопреобразователи должны удовлетворять жестким.и подчас противоречивым требованиям, и прежде всего поглощать максимальное количество световой энергии, но не "перегреваться", ибо с ростом температуры их КПД падает. Фотопреобразователи противостоят потокам корпускулярного излучения, действию частиц высоких энергий. Вот почему они должны быть радиационно стойкими. И в то же время вес солнечных батарей должен быть минимальным".

Полупроводниковые термоэлементы, а может быть, и фотоэлементы позволят непосредственно превращать ядерную энергию в электрическую. Современный длинный и громоздкий путь такого превращения посредством нагрева и перегрева водяного пара с помощью турбины и динамо-машины находится в кричащем противоречии с концентрацией энергии в ядерных источниках.

Слой термоэлементов, обволакивающий урановый стержень и превращающий выделяемую им энергию непосредственно в электричество, - такова картина одного из удачных технических решений энергетических проблем будущего. Конечно, в осуществлении такого решения немало трудностей. Как, например, предохранить термоэлементы и фотоэлементы от разрушающего действия ядерных излучений? Над этим и над многими другими проблемами работают советские физики и энергетики.

Итак, термоэлемент создает электрический ток, пока между его электродами поддерживается разность температур и идет поток тепла. Но если через термоэлемент пропустить электрический ток, возникнет разность температур. Электрический ток станет переносить поток тепла, охлаждая электрод. Изменив направление тока, мы меняем местами охлаждение и подогрев. Это замечательное свойство термоэлемента открывает полупроводникам широкую область применения.

Для хранения и перевозки скоропортящихся продуктов нужен холод. До сих пор для его создания пользовались системой компрессоров, приводимых в движение электродвигателями, или получали его путем перегонки аммиака и жидкостей. С помощью полупроводниковых термоэлементов те же цели достигаются простым пропусканием тока. Следует учесть ничтожные размеры полупроводников. По расходу электроэнергии они в данном случае могут быть поставлены между компрессорами и жидкостями.

Используя замечательное свойство полупроводниковых термоэлементов - переходить от охлаждения к нагреву с помощью простого переключения тока, - можно снабжать помещения теплом зимой и холодом летом, автоматически поддерживая желаемую температуру круглый год.

Получаемое от коров молоко имеет температуру 35°. Летом, в особенности на юге, оно быстро скисает. Если же, вытекая из доильного аппарата, оно попадает на термоэлектрическую батарею, то стекает с нее уже при температуре 3-5°. Такой полупроводниковый прибор изобретен коллективом Агрофизического института.

Над проблемами широкого применения полупроводников в технике работают многие научные коллективы СССР. Всем известны полупроводниковые радиоприемники размером в спичечную коробку. Созданы миниатюрные радиоприборы на полупроводниках, докладывающие о состоянии больного, аппараты размером в одну десятую миллиметра, распознающие характер процессов, протекающих в организмах растений и животных, электронно-счетные машины, в колоссальной мере облегчающие труд и в десятки тысяч раз повышающие его производительность.

предыдущая главасодержаниеследующая глава




Rambler s Top100 Рейтинг@Mail.ru
© Злыгостев Алексей Сергеевич, 2001-2017
При копировании материалов активная ссылка обязательна:
http://nplit.ru 'NPLit.ru: Библиотека юного исследователя'