لیوان ترمو الکتریکی ماگ

لیوان ترمو الکتریکی ماگ – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه فیزیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

 ساخت لیوان ترموالکتریکی

 اجازه دهید تا با ساخت یک لیوان بزرگ قهوه که با استفاده از گرما ، بوسیله مبدلهای انرژی مشابه با مبدلهای استفاده شده در کاوشگرهای فضایی، نیرو ایجاد می‌کند حسادت همکلاسیهای خود در دانشگاه را برانگیزید. با تجهیز یک لیوان به مبدلهای انرژی ترموالکتریک و هیت سینک یا حرارت گیر قادر خواهید بود تا یک موتور کوچک یا دیگر ادوات الکتریکی را بحرکت درآورید. شما حتی می‌توانید ادعا نماید که از نظر حفظ محیط زیست مسئول بود‌ه‌اید ، چرا که توانسته‌اید کارهای مناسب را از طریق گرما و استفاده از ادواتی انجام دهید که در حقیقت  آشغالهایی بیش نبوده و چنانچه از آنها در این مورد استفاده نمی‌کردید مواد غیرمصرفی می‌بودند.

کاوشگرهای فضایی نظیر کاسینی یا  ویه‌جر آنقدر از خورشید فاصله دارند که نمی‌توانند از سلولهای خورشیدی استفاده نمایند. آنها در عوض انرژی خود را از RTG ها  (ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپ) بدست می‌آورند. این ادوات که در حقیقت محفظه تقویت شده حاوی سوخت دی‌اکسید پلوتونیم می‌باشد، بواسطه کاهش تدریجی مواد رادیواکتیویته گرم باقی می‌مانند. از آنجائیکه این ژنراتورها می‌بایست بصورت مطمئن برای قرنها در فضا بدون هیچگونه دستکاری ، تنظیم و روغنکاری کار کنند، ناسا گاری ژنراتورهایی که با موتور پیستونی کار می‌کنند به ژنراتورهایی نیاز دارد که به تعویض قطعات محتاج نباشند. پاسخ بدین نیاز همان مبدلهای ترموالکتریک می‌باشد –  ابزارهای اتصال نیمه‌رسانا که به هنگامی که گرما بسمت آنها جاری می‌شوند تولید نیرو می‌نماید. این ابزارها با وجود آنکه کارایی بسیار بالایی ندارند، قابل اطمینان و سالم می‌باشند.

زمانی تهیه ادوات ترموالکتریک نامتعارف و دشوار می‌بود، ولی امروزه عملکرد ریزپردازنده‌های جدید بگونه‌ای است که آنها قادر به تولید میزان زیادی از گرما می‌باشند. گرمایی که می‌بایست بصورت موثر جهت ممانعت از آسیب پذیری چیپ مرتفع گردد. بنابراین صفحات ترموالکتریک کوچکی بطور گسترده فراهم آمده است. در اینجا نشان خواهیم داد که چگونه می‌توان بطور معکوس از این صفحات برای تولید نیروی الکتریکی استفاده نمود.

تصویر نزدیک لیوان ترموالکتریک.  فلز لعاب‌کاری شده  آبی لیوان  بوسیله چکش‌کاری بصورت صاف  در جاهای مربوط به خود قرار گرفته است.  ۵ ماژول ترموالکتریکی همراه با هیت‌ سینکهای آن با استفاده از سیم مفتول مسی لخت بسته شده است. خروجی ماژولها با استفاده از یک ملخ یا پروانه چوبی به یک موتور کوچک متصل گردیده است.

لیوان ترمو الکتریکی ماگ

ادوات ترموالکتریک

نتیجه ترموالکتریک ، تولید یک جریان الکتریکی در محل تقاطع دو ماده غیرمشابه می‌باشد ( این دو ماده معمول فلزات می‌باشند ولی تاثیر در برخی از نیمه رساناها مانند ژرمانیوم سیلیکون و تلوراید سرب بیشتر است) آن هم در صورتی که نقاط تقاطع دماهای متفاوتی داشته باشند. این کاملا یک تاثیر اندک می‌باشد –  تنها مقدار کمی میکروولت بر حسب درجه سانتیگراد.  در صورتی که دماهای دو طرف نقاط اتصال جای خود را با هم عوض نمایند این تاثیر کاملا معکوس خواهد شد و ولتاژ نیز معکوس می‌گردد.  همچنین در صورتی که جریان به نقاط اتصال برسد ولتاژ معکوس می‌گردد –  یکی سرد و دیگری گرم می‌شود – گرما بوسیله جریان الکتریکی انتقال داده می‌شود.

ماژولهای ترموالکتریک که ما از آنها در این مطالعه استفاده خواهیم کرد یک آرایه متشکل از ۱۰۰ جفت نقاط اتصال p-n می‌باشد ، که بصورت سری سیم‌پیچی شده‌اند.آنها بصورت ساندویچی بین دو صفحه نازک سرامیکی قرار گرفته که آنکه امکان نصب آنها براحتی همراه با تماس مناسب گرمایی با یک هیت سینک فراهم شود. این امر همچنین اجازه می‌دهد تا دستگاه خنک گردد. معمولا آنها بوسیله چندین آمپر جریان ۱۵-۱۲ ولت پشتیبانی می‌گردند و قادرند تا میزان چندین ده وات گرما را انتقال دهند. توجه داشته باشید که هیت سینک و فن در یک مرحله عادی نصب بر روی پردازنده یا CPU نه تنها می‌بایست گرمای پردازنده را با خنک سازی صفحه پس زند ، بلکه باید توان رفع دمای اضافه تولید شده توسط صفحه را نیز داشته باشد – ۱۲ ولت ضربدر چندین آمپر ، شامل چندین ده وات گرمای دیگر.

در این پروژه، ما نسبت به تامین گرما برای مبدل اقدام نموده و جریانی را از آن بدست خواهیم آورد. به هنگامی که گرما بسمت مبدل رانده می‌شود (که معمولا دارای کارایی ۱% می‌باشد البته در صورتی که تفاوت دمایی اطراف آن در حدود ۳۰ درجه سانتیگراد باشد)، شارژ منفی در اطراف هیت سینک (قسمت سرد آن) در پایه‌های نوع –N  ظاهر می‌گردد. توجه داشته باشید که استفاده از یک هیت‌سینک کارا و موثر ضروری بوده – گرم کردن کل مبدل بی‌فایده بوده و یک سمت آن می‌بایست گرم و طرف دیگر آن باید سرد باشد.

لیوان ترمو الکتریکی ماگ

ارتقای عملکرد

رسانایی گرمایی همانند رسانایی الکتریکی است . جریان گرما همانند جریان الکتریکی بوده و دما نیز همانند ولتاژ می‌باشد. مدار دمایی زنجیره‌ای از مقاومتها از ولتاژ بالا (مایع گرم) تا «زمین» – هوای خنک – را تشکیل می‌دهد. در صورتی که مقاومت گرمایی کم باشد، پس «جریان الکتریکی» یا جریان دمایی بالاترین میزان را خواهد داشت.

یکی از مقاومتها در مدار، خود مبدل دمایی می‌باشد. بصورت ایده‌آل، این مورد بیشترین میزان مقاومت در مدار را بوجود می‌آورد، آن هم بگونه‌ای که بیشتر نیرو در مبدل تلف می‌شود و نه در مقاومتهای بدون فایده در جای دیگری.

دیاگرام مدار. ۵ مبدل بصورت سری بهم متصل شده است (به قطبش آنها توجه کنید) آنها در شنت گرمایی قرار داشته (یعنی آنکه تفاوت دمایی یکسان باعث راندن همه آنها می‌شود). هیت سینک برای داشتن وضوح و سادگی بیشتر حذف گردیده است.

بنابراین، مقاومتهای دیگر (ضخامت تقسیم بر رسانایی گرمایی) را می‌بایست به حداقل رساند – این امر به معنای یک لیوان جداره نازکی می‌باشد که از مواد رسانایی گرمایی نظیر فلز ساخته شده است. بطور مشابه، هیت سینک می‌بایست موثر و کارا باشد. هر چه هیت سینک بهتر باشد، میزان هوای خنک‌تری می‌تواند تولید نمود و از اینرو تفاوت دمایی اطراف مبدل به حداکثر خواهد رسید.

تماسهای ضعیف بین سطوح می‌تواند منجر به بروز مقاومتهای گرمایی بسیار بالا شود – بجز آنکه سطوح بصورت استثنایی صاف بوده و به میزان کاملی یکنواخت باشند ، میزان زیادی از کیسه‌های هوا ناحیه تماسی را پر کرده و تماس تنها از طریق برآمدگیهای کوچک بر روی سطوح امکان پذیر می‌گردد. برای به حداقل رساندن این مقاومتها و افتهای دمایی که آنها سبب می‌شوند ، استفاده از گریس دمایی یا ترکیب هیت سینک کارساز می‌باشد و می‌تواند این فضاهای کوچک را همراه با مواد رسانایی نسبی پر نماید.

…

لیوان ترمو الکتریکی ماگ

ساخت لیوان خود

یکی از مشکلات پیش‌رو آن است که لیوان استوانه ای شکل می‌باشد، در حالیکه مبدل صاف است. یکی از احتمالات پیش روی یافتن یا ساخت لیوان شش ضلعی می‌باشد احتمال دیگر فرو بردن سطوح صاف در لیوان نازک می‌باشد. دیدگاه دیگر ساخت برخی از قطعات آداپتور می‌باشد تا بدینوسیله بتوان مبدل را با لیوان منطبق نمود. در صورتی که بلند پرواز باشید، می‌توانید این موارد را بوسیله فلز کاری ماشینی خود بسازید. کاری که من در این خصوص انجام داده‌ام پوشاندن لیوان بوسیله فویل آلومینیومی می‌باشد که هم بعنوان رسانایی نسبتا خوب عمل می‌نماید و هم می‌توان با آن مواد مورد نظر را مدلسازی نمود.

…

لیوان ترمو الکتریکی ماگ

برخی از ایده‌های نهایی

توجه داشته باشید مایع‌های داغ می‌تواند موجب سوختگی شدید شود. همچنین مراقب باشید که پره‌های دستگاه نیز ممکن است داغ باشد. بنابراین در صورتی که خواستید از این لیوان بنوشید مراقب باشید به صورت شما برخورد نکند. همچنین در صورتی که برای درست کردن سطوح صاف نسبت به چکش کاری لیوان فلزی لعاب داده شده اقدام کرده باشید ، مراقب خرده‌ها یا براده‌های لعاب باشید.

خصیصه‌های سلول. نقاط داده ولتاژ و جریانی می‌باشد که من با توجه به تفاوتهای گوناگون دمای (۹،۱۸،۲۶ و ۳۵ درچه سانتیگراد) در اطراف مبدل اندازه گرفته‌ام (مبدل ). هر چه جریان بیشتر باشد، ولتاژ کمتر خواهد بود، البته با وجود آنکه این یک تابع کاملا غیرخطی می‌باشد.  پیکانها      نشان دهنده چگونگی گردش منحنیها برای دسترسی به جریان اتصال کوتاه می‌باشد. خطوط مقطع نشان دهنده میزان کشش نیروی آمپدانسهای بار بصورت متفاوت می‌باشد. برای داشتن کارایی امپدانس بار I W یا کمتر ایده‌آل می‌باشد.

البته در صورتی که خواسته باشید عملکرد مبدلهای ترموالکتریک را نشان داده یا آنها را مورد بررسی قرار دهید، نیازی به استفاده از این لیوان ندارید. شما می‌توانید مبدل خود را به یک جعبه آلومینیومی متصل نموده و از آن بعنوان دریافت کننده آب گرم بهره جوئید. فاکتور محدود کننده عملکرد در این لیوان داشتن «انتهای سرد» دمای تامین شده توسط هیت سینک می‌باشد. در صورتی که شما بصورت ساندویچی آن را بین دو جعبه قرار دهید می‌توانید عملکرد بسیار بالاتری را بدست آورید. یکی با آب داغ و دیگری با آب سرد و یا بهتر است بگوئیم یخ.

انتظار نداشته باشید نیروی زیادی را از مبدل خود بدست آورید. در صورتی که دما بیش از ۱۰۰ درجه سانتیگراد شود، نیمه‌رساناها به میزان قابل توجهی عملکرد خود را از دست داده و لحیمی که اتصالات را به هم پیوند داده ذوب خواهد شد. برای ساخت ماژولهای ترموالکتریکی از لحیم قلع اوتکتیک بیسموت که تنها در دمای ۱۳۸ درجه سانتیگراد ذوب می‌شود و کاربرد گسترده‌ای یافته است استفاده نمائید.

..