由環境的熱有用功

第1部分的一些術語和定義。

的電動勢（EMF）是一種包括一個電流源...外力作用在電解質和電極之間的邊界電鍍單元積分外力場部分。 他們還操作的兩個不同的金屬之間的邊界上，並確定它們之間的p [5的接觸電勢差。 193，191]。 量跳電路部的所有表面上的電位等於所述導體之間的電勢差，位於鏈端部，並且被稱為電動勢EMF導體電路... 僅由第一種導體鏈等於第一，直接與他們聯繫（沃爾法）......如果電路是正常打開，電動勢的最後一個導體之間的電位跳越 這個電路是零。 以校正開路導體，其包括至少一種電解質，適用法律伏...顯然，只有包括第二類中的至少一個導體的導體電路是電化學電池（或鏈電化學元件）[1，第 490 - 491]。

聚合電解質是能分解溶液中的離子的聚合物，從而在相同的大分子，大量重複收費...交聯的聚電解質（離子交換劑，的 離子交換樹脂） 不溶解，只溶脹，同時保持以解離的能力[6，第 320 - 321]。 聚電解質離解成帶負電荷的macroion和H +離子被稱為多元酸和離解成帶正電荷的離子和OH- macroion稱為poliosnovaniyami。

唐南平衡電位是發生在兩種電解質之間的相界，如果這個限制是不可滲透的所有離子的電位差。 對於某些離子不滲透性極限可以引起，例如，膜的存在具有非常窄的孔，其是無法通行一定大小以上的顆粒。 發生的界面的選擇性滲透，並且如果任何離子如此強烈鏈接到離開它一般不能相之一。 恰好表現離子的離子交換樹脂或離子交換基團固定在分子晶格或基質單極鍵。 的溶液中，用一個單一的相位是這樣的矩陣形式的內一起; 溶液，位於外側， - 第二個[7。 77。

雙電層（EDL）在設置為彼此[7設置在一定距離帶相反電荷的層的兩相的界面發生。 96。

帕爾貼在兩個不同的導體的接觸，這取決於流過接觸[2，對電流的方向影響的熱這種隔離或吸收。 552]。

第2部分：使用電解水的傳熱介質。

考慮電化學電池（以下元件）的電路發生的機制，在圖示意性示出。 1，更電動勢由於內部接觸電勢差（PKK）和唐南的效果（的唐南效果本質簡要描述，內部PKK和相關聯的珀耳帖熱在製品的第三部分提供）。

圖。 1.一種電化學電池的示意圖：1 - 陰極與3的溶液接觸，出現在其表面，由化學惰性的重摻雜n型半導體的在電解質陽離子的電化學還原反應。 它連接到外部電壓源，金屬化的陰極的一部分; 2 - 陽極為4的溶液接觸，在其表面上發生的電解質陰離子，用化學惰性重摻雜p型半導體的的電化學氧化反應。 它連接到外部電壓源，金屬化陽極的一部分; 3 -陰極空間，聚電解質溶液，在macroion在水中離解R-帶負電荷的和帶正電荷的抗衡離子小K +（在本例中是氫離子H +）; 4 -在水中離解陽極室的聚電解質溶液成帶正電的macroion R +和帶負電的抗衡離子小A-（在本例中它的氫氧根離子OH - ）; 5 -膜（隔膜），是不可滲透大分子（macroion）聚電解質，但完全可滲透小抗衡離子K +，A-和水分子共享空間3和4; Evnesh - 外部電壓源。

電動勢 由唐南效應

為了清楚起見，陰極空間（3，圖1）的電解質被選擇多元酸水溶液（R-H +），電解質和陽極隔室（4，圖1） -水poliosnovaniya（R + OH-）。 由於在陰極室中離解的多元酸的一個結果，陰極（1，圖1）的表面附近，存在的H +離子的濃度增加。 出現在陰極表面附近的正電荷不被補償負電荷macroions R-，因為 它們不能由於其大小和帶正電荷的離子氣氛存在接近陰極的表面（詳見。在文章的第三部分的附件№1說明唐南效應）。 因此，直接與陰極表面接觸的溶液的邊界層具有正電荷。 其結果，在陰極表面上的靜電感應型，鄰接於該溶液中，有一個負電荷的傳導電子的。 即 在陰極表面和DES溶液之間的界面處發生。 在DES的字段從陰極推電子 - 至溶液中。

類似地，在直接與陽極表面接觸的陽極（2，圖1），在陽極隔室中的溶液的邊界層（4，圖1）具有負電荷，和在陽極表面上，鄰接於該溶液中，有正電荷。 即 在陽極表面和溶液之間的界面也發生DES。 一個陽極 - 的DES的字段從溶液推電子。

因此，DES的在陰極和陽極與該溶液的界面領域，支持熱溶液的離子擴散，有兩個內部電動勢源，一致行動與外部源，即 在推動循環逆時針的負電荷。

離解poliosnovaniya多元酸並且還使熱擴散通過所述膜（5，圖1）的H +離子從陰極空間-向陽極，並從陽極室OH-離子-陰極。 Macroion R +和R-聚電解質不能穿過膜移動，所以它從陰極空間存在過量的負電荷，並從陽極空間-過量正電荷，即 還有另一種DPP由於唐南效應。 因此，該膜也發生電動勢的內部，在音樂會熱擴散的外部來源作用並保持離子的溶液中。

在我們的例子中，穿過膜的電壓可以達到0.83伏，如 這對應於從標準氫電極的電位的變化 - 在從所述陽極室的陰極室的酸性環境，鹼性介質中的過渡0.83至0伏。 有關詳細信息，請參閱。在文章的第三部分附錄№1。

電動勢 庫爾德工人黨從內部

元素電動勢 它發生，包括在接觸半導體的陽極和陰極向它們的服務進行連接的外部電壓源的金屬部件。 這個電動勢 由於內部PKK。 內部IF不創建，相反，外部磁場在空間圍繞所述接觸導體，即 它不影響在導體外的帶電粒子的運動。 施工n型半導體/金屬/ p型半導體被充分已知的，並且被使用，例如，熱電 珀耳帖模塊。 電動勢的大小 在室溫下這種結構可以達到0.4的順序的值 - 0.6伏[5，第 459; 2，P。 552]。 在聯繫人字段被引導的，因為它們在循環逆時針方向推電子這樣的方式，即 行為與外部源的演唱會。 電子升高介質吸收珀耳帖熱的能量水平。

內部由於在電極和溶液的接觸區域的電子的擴散所產生的IF，相反，在循環中的順時針方向上推電子。 即 電子在元素中的逆時針方向這些觸點的運動必須分配珀爾帖的熱。 但由於 電子從陰極轉移到該溶液中，在陽極中的溶液的必然伴隨著吸熱反應產生氫氣和氧氣，珀耳帖的熱不被釋放到培養基中，並且是減少的吸熱效果，即 在形成氫氣和氧氣的熱函，如“保守”。 有關詳細信息，請參閱。附件№2文章的第三部分。

載流子（電子和離子）的元件電路移動不封閉路徑，在元件沒有電荷不會在閉合迴路中移動。 從溶液（OH-離子與氧分子氧化的過程中）而獲得的每個電子的陽極，和通過外部電路到達陰極通過，與氫分子揮發在一起（在離子H +的恢復的過程）。 類似地離子OH-和H +不以閉合電路移動，但只到對應的電極，然後在分子氫和氧的形式蒸發。 即 與離子和電子在其環境中的每個移動在DES的加速場，以及路徑的端部，當它們到達電極的表面被結合在分子中，轉換整個存儲的能量 - 化學鍵的能量，並且退出循環！

所有的電動勢的內在源泉 元素，降低成本，為電解水的外部來源。 因此，環境吸收其操作過程中的元件，以保持DES的擴散的熱量，是降低外部電源的成本，即 它提高了電解效率。

水的電解而沒有任何外部源。

在審查中發生在圖1所示的元件的處理。 如圖1所示，外部源參數不被考慮在內。 假設內部電阻等於Rd和的0。即一個電壓Evnesh 元件電極短路到無源負載（參見圖5）。 在這種情況下，在元件的界面所產生的DES場的方向和大小保持不變。

圖。 5.相反Evnesh（圖1），包括無源負載RL。

確定在該元件自發電流流動的條件。 改變吉布斯電位，根據文章的第三部分的附件№1的式（1）：

ΔģARR =（ΔħARR - N）+ Q模

如果P>Δħ+ Q MOD MOD = 284.5 - 47.2 = 237.3（千焦/摩爾）= 1.23（EV /分子）

該ΔģARR <0且自發的過程是可能的。

我們將進一步考慮元素氫產生反應發生在酸性介質（0伏電極電位），和氧在鹼性（0.4伏電極電位）。 這樣的電極電位提供一種膜（5，圖5），在該這應該是0.83伏的電壓。 即 為氫氣和氧氣的形成所需要的能量由0.83（EV /分子）降低。 隨後的自發過程的可能性病情會：

P> 1.23 - 0.83 = 0.4（EV /分子）= 77.2（千焦/摩爾）（2）

我們發現，氫分子和氧分子的能量勢壘可以避免的，而無需使用外部電壓源。 即 甚至在n = 0.4（EV /分子），即 當內電極HPDC 0.4伏特，元件將在動態平衡狀態，和平衡條件的任何（即使小）變化將導致電流在電路中。

在電極的另一障礙是反應的活化能，但它是由消除 隧道效應， 由於在電極和溶液[7，P之間的間隙的面積小而產生。 147-149。

因此，能量的考慮的基礎上，我們得出結論在圖中所示的元件，其自發電流。 如圖5所示，它是可能的。 但是，什麼身體原因可能導致這個電流是多少？ 這些原因如下所列：

1.從陰極到溶液中比從陽極過渡的概率到溶液中更高的電子躍遷的概率，因為 n型半導體陰極有許多自由電子以高能量水平，和p型半導體陽極 - 只有“洞”，並且這些“空洞”是在低於陰極的電子的能量水平;

2.膜在酸性環境的陰極空間支撐，並且在所述陽極 - 鹼性。 在惰性電極的情況下，這導致了一個陰極電極電位變得低於陽極更大的事實。 因此，電子必須通過從陽極到陰極的外部電路移動;

3.表面電荷由於唐南效應所產生的聚電解質溶液，產生在電極/溶液場，使得在陰極場促進從陰極到溶液中電子產率，並在陽極的場 - 電子進入從溶液中陽極;

4.平衡正向和反向在電極朝向ħ偏壓反應（交流電流）+離子在陰極和OH-離子的氧化在陽極直接還原反應，由於 它們伴隨通過形成氣體（H 2和O 2）能夠容易地在離開反應區（勒夏特列原理）的。

實驗。

對於通過唐南效應負載兩端的電壓的定量評價，進行了實驗，其中，陰極元件包括與外石墨電極和陽極的活性炭 - 活性炭和陰離子樹脂AB-17-8與外石墨電極的混合物。 電解質 - NaOH水溶液，陽極和陰極空間由合成氈分離。 在此元件的開放外部電極具有約50mV的電壓。 當連接到外部負載10的元件歐姆固定電流的約500微安。 當從20至30 0℃，電壓環境溫度上升到所述外部電極增大到54毫伏。 在環境溫度增加電壓確認電動勢的源 是擴散的，即 顆粒的熱運動。

對於從內HPDC金屬/半導體實驗負載兩端的電壓的定量評價進行，其中所述細胞陰極由與外石墨電極和陽極合成石墨粉末的 - 碳化硼（B 4 C，p型半導體）與外石墨電極的粉末。 電解質 - NaOH水溶液，陽極和陰極空間由合成氈分離。 在元件電壓的開放外部電極為約150毫伏。 當外部負載連接到元件50歐姆電壓下降到35毫伏。，這樣由於低的固有碳化硼和，其結果，高的內部電阻元件強烈電壓降。 調查電壓與溫度的關係這樣結構的元件不進行。 這是由於，對於一個半導體，這取決於其化學成分的事實，摻雜和其它性質的程度，以不同的方式可以影響它的費米能級的溫度變化。 即 上電動勢溫度影響 元件（增加或減少），在這種情況下取決於所使用的材料，所以這並不表示實驗。

在這點上繼續，其中電池陰極與外不銹鋼電極和活性炭粉末和陰離子樹脂AB-17-8的混合物，從陽極向外部電極由活性炭粉末和KU-2-8的混合物的另一個實驗不銹鋼。 電解質 - 的NaCl水溶液中，在陽極和陰極空間通過合成分離感覺到。 與2011年10月該元件的外部電極能夠短路被動電流表。 電流表示一個安培計，轉彎後大約一天，通過1毫安下降 - 高達100 MKA（這顯然是由於電極的極化），從那時起一年多不改變。

在與更有效的材料不可訪問所獲得的結果比理論上可能的顯著更低的在連接上述實際實驗。 此外，要注意總的內部電動勢的一部分 元件總是消耗用於維持電極反應（生產氫氣和氧氣的），不能在外部電路來測量。

結論。

綜上，我們可以得出結論，自然使我們能夠將熱能轉換成有用的能量或工作，同時採用為“熱得快”的環境，而不是有一個“冰箱”。 因此唐南效果和內部IF在帶電粒子的轉換熱能 電場能量 DEL作為吸熱反應的熱量轉化為化學能。

考慮接觸元件從所述介質和水消耗的熱量，並分配電功率，氫氣和氧氣！ 另外，能量消耗的過程，並利用氫作為燃料，水返回到傳熱介質！

附件的第3部分。

這部分進一步討論唐南平衡的效果，在對所述元件的氧化還原反應和電極電位的內HPDC金屬/半導體和珀爾帖熱的交界處。

唐南電位（附錄№1）

考慮唐南潛力聚電解質發生的機制。 之後離解聚電解質平衡離子開始它的小，擴散，同時保留高分子所佔的體積。 作為與該溶液的其餘部分相比較的在溶劑中的小體積的聚電解質的大分子的抗衡離子的方向性擴散是由於在本體的大分子的濃度增加。 此外，如果，例如，小的抗衡離子是帶負電荷，這導致了大分子的內部部分是帶正電的，並將該溶液是緊鄰大分子的體積 - 陰性。 即 圍繞一個帶正電的macroion量，有一種小抗衡離子的“離子氣氛” - 帶負電荷。 發生終止離子氣氛電荷增長當靜電場的離子體積macroion氣氛和餘額小抗衡離子的熱擴散之間。 大氣和離子macroions之間所產生的平衡電位差是唐南潛力。 唐南電位也被稱為膜電位，因為 類似的情況發生在半透膜中，例如，當它其中有兩種離子電解質溶液分離 - 能夠和不能夠通過純溶劑的穿過其中的。

唐南電位可以被認為是擴散電位的極限情況下，當離子之一的流動性（在這種情況下macroion）為零。 然後，根據上述[1，第 535]，負責計數器等於的一個：

E [D =（RT / F）LN（ A1 / A2），其中

艾德 -唐南潛力;

的R -通用氣體常數;

筆 -熱力學溫度;

的F -法拉第常數;

A1，A2 -在接觸階段計數器活動。

在這種構件，其中所述膜分離poliosnovaniya溶液（pH =了Lg 1 = 14）和多元酸（pH值=了Lg 2 = 0）穿過膜，唐南電位在室溫（T = 300 0 K）將是：

E [D =（RT / F）（LG一個1 - LG電子2）LN（10）=（8.3 *96500分之300）*（14 - 0）* LN（10）= 0.83伏特

唐南的潛在增長成正比的溫度。 用於電化學電池的熱珀爾帖的擴散是用於生產有用的工作的唯一來源，這並不奇怪，這種元件EMF 隨著溫度的升高而增加。 在生產工作的擴散池，珀爾帖熱量總是從環境獲取。 當電流流過形成EDL的方向與DES領域的正方向一致唐南效果，（即，當DES領域進行積極的工作），熱量從用於生產本文的環境吸收。

但所述擴散元件是在離子濃度，這最終導致濃度的均衡和停止定向擴散，不同於平衡唐南，其中，在洩漏準靜態電流離子濃度的情況下，一旦達到一定值的連續和單向變化，保持不變。

圖。 圖2示出的氫氣和改變溶液的酸度時氧的反應的氧化還原電勢的圖。 圖表顯示，在不存在OH-離子的氧形成反應（1.23伏在酸性環境）的電極電位是從以高濃度在0.83伏（在鹼性介質中0.4伏）相同的電勢不同。 類似地，在不存在H +的（-0.83伏在鹼性介質中）氫氣形成反應的電極電位是從以高濃度（在酸性介質中0 V）相同的電勢不同，也在0.83伏[4。 66-67]。 即 顯而易見的是伏0.83需要，以獲得在相應的離子的水的高濃度。 這意味著，0.83伏所需的質量的水分子的解離中性的成H +和OH-離子。 因此，如果膜是我們的元素陰極空間酸性介質和鹼性陽極支持，電壓可達到0.83 DEL伏，這與前面介紹的理論計算吻合。 該電壓提供高導電率的空間DES膜通過水離解成在其內的離子。

圖。 2.框圖氧化還原反應電位

水的分解，和H +離子和OH-成氫氣和氧氣。

IF和珀爾帖熱（附錄№2）

“的珀耳帖效應的原因是參與的不同的各種導體的電導率的電荷載流子（對於定性電子）...在過渡從一個導體的平均能量轉換成另一種電子或發射過量電力網或在其費用補充能量缺乏（取決於電流方向）。

圖。 3.在接觸金屬和半導體N-珀耳帖效應：ԐF - 費米能級; ԐC - 半導體的導帶的底部; ԐV - 價帶; I - 的當前正方向; 帶箭頭的圓圈示意性地示出電子。

在接觸附近的第一情況下被釋放，第二個 - 即所謂的吸收.. 珀爾帖熱。 例如，在接觸半導體 - 金屬（圖3），從所述n型半導體，以金屬（左觸摸）通過電子的能量比費米能量ԐF顯著更高。 因此，它們被違反的金屬的熱平衡。 平衡被恢復為碰撞的結果，在該熱化電子，使多餘的能量結晶。 網格。 半導體金屬（右觸摸）可以通過只有最高能電子，所以在金屬即電子氣冷卻。 上振盪能量消耗晶格的平衡分佈“[2，P的恢復。 552]。

以接觸金屬/ p型半導體的情況是類似的。 因為 p型導電半導體孔提供其價帶低於該費米能級，那麼接觸將被冷卻，其中電子從p型半導體的金屬流動。 珀耳帖熱釋放或由兩個導體的接觸吸收，因生產的負的或正的內部IF的。

包括在左觸點間隙（圖3），在其上熱珀耳帖分配，電解池，例如，NaOH水溶液（圖4）和金屬半導體和n讓它是化學惰性的。

圖。 4.左接觸n型半導體和金屬是開放的，並放置在電解質溶液中的間隙。 標號是相同的圖 3。

因為，當電流流過“I”，正電子在較高能量的半導體比出來的金屬溶液到達解決方案，該過剩能量（珀耳帖熱）必須站在小區。

通過電池的電流可以是僅在其中洩漏的電化學反應的情況。 如果在單元中的放熱反應，珀耳帖熱被釋放在細胞中，作為 她有更多的無處可去。 如果在單元中的反應 - 吸熱的，珀耳帖熱是全部或部分地補償該吸熱效應，即 以形成反應產物。 在這個例子中，總電池反應：2H 2 O→2H 2↑+ O 2↑ - 吸熱的，所以珀爾帖的熱（能量）是創建分子和H 2 O 2，是在上述電極上形成。 因此，我們得到的是帕爾貼的在右n接觸半導體/金屬介質中選擇的熱不會被釋放回環境中，並且被存儲在氫分子和氧分子的化學能的形式。 顯然，外部電壓源的操作被消耗用於水的電解，在這種情況下會比相同電極的情況下更小，沒有造成的珀耳帖效應發生..

無論電極的性能，電解池本身可以吸收或穿過珀爾帖的電流在其上的當產生熱。 準靜態條件下，吉布斯細胞[4的電勢變化，第 60]：

ΔG =Δħ - T的Δ S，其中

Δh -所細胞的焓變;

筆 -熱力學溫度;

Δ 的S -在細胞的熵變化;

Q = - T的 Δ 的S -珀耳帖單元的熱。

在T = 298（K），在焓ΔHpr=的變化的氫-氧電化學電池- 284.5（千焦/摩爾）[8，第 120]，在吉布斯的變化潛在[4。 一。 60]：

ΔGpr= - ZFE = 2 * 96485 * 1.23 = - 237.3（千焦/摩爾），其中

ž -每分子的電子的數量;

的F -法拉第常數;

Ë -電動勢 細胞。

因此

Q AVE = - T的 Δ 小號 AVE =Δģ等 - Δħ等 = - 237.3 + 47.2 = 284.5（千焦/摩爾）> 0，

即 氫 - 氧電化學電池在珀耳帖環境產生熱量，同時改善其熵並降低其。 然後，在逆過程中，水的電解，這是在我們的例子的情況下，帕爾貼熱Q模 = - Q AVE = - 電解質的47.3（千焦/摩爾）將從環境中吸收。

表示P -從在右n接觸半導體/金屬的環境採取珀爾帖的熱。 熱P> 0必須站在小區，但由於 在細胞中的吸熱反應的水分解（ΔH> 0），珀耳帖熱P是，以補償反應的熱效應：

ΔģARR =（ΔħARR - N）+ Q模                                                                        （1）

MOD Q僅取決於電解質的組成，因為 它是用惰性電極的電解池的特性，並且n是僅依賴於電極材料。

等式（1）示出了珀爾帖P和珀爾帖的熱加熱模Q，是生產的有用的工作。 即 從培養基中帶走熱量珀耳帖降低電解所需的外部電源的成本。 其中的熱介質是能量的用於生產有用的工作的源極的情況下，是擴散的特性，以及用於許多電化學電池，這種元件的實例示於[3，P。 248 - 249]。

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