Материя, поле, взаимодействия.

[черкес]

Есть еще вот такой вот интересный эффект:

 В каком-то учебнике прочитал,что нагрев проводника увеличивает количество свободных электронов.

[sector+]

В каком-то учебнике прочитал,что нагрев проводника увеличивает количество свободных электронов.

Переход валентных электронов в свободные - это вряд ли.
Может, имелся в виду рост числа неравновесных электронов? электронов выше уровня Ферми? число свободных электронов в полупроводнике?

Обратите внимание: теплопроводность металлов с температурой падает. Сопротивление - растет.
Если бы температура увеличивала бы число свободных электронов, то, наверное, наблюдалась бы обратная зависимость.

[sector+]

... Смотрим что вы предлагаете - термоэдс возникает в одном нагреваемом электроде, несколько утрирую, но не так важно. Хорошо, нагрели электрод, но расход тепла не предусмотрен в такой конструкции, значит, достаточно хорошо термоизолировать электрод и вечнячок в кармане.

Нет.
Термоэдс возникает на участке проводника, на котором есть градиент температуры.
Если вы к концам проводника с градиентом температуры подключите вольтметр, то на проводах, которыми подключен вольтметр, также возникнет градиент температуры. В результате вольтметр покажет напряжение только в случае, если проводники с градиентом температуры, включенные в замкнутую цепь, будут разнородными.

[черкес]

Наверное я сделал поспешный вывод ?  Вот нарезал у С.Э.Хайкин "Электромагнитные колебания и волны"

Спойлер

[attachment=3197]haikin.jpg[/attachment]

[свернуть]

[sector+]

Проводники будут разнородными... термопара плохонькая. Но мы говорим про вакуумный преобразователь, в спае/контакте мало что видно, а тут куда лучше. На нагретом катоде есть градиент, возникает термоэдс и через вакуумный промежуток передается на анод. Тогда самое важное обеспечить разность температур на катоде, так получается?
Да, решил добавить - вы потом не прокомментируете? -  https://strannik-2.ru/index.php/forum/svobodnaya-energiya/116-materiya-pole-vzaimodejstviya?start=555#20123

Да, это так. Катод греем, а ножка катода практически на шасси сидит. Т.е. теплоотвод там идет отчасти через колодку лампы, отчасти через мощный катодный резистор.
И он мощный не потому, что ток большой идет, а потому, что греется от лампы очень сильно.
Соответственно источником термоэдс для лампы является короткий участок проводника между катодом и выводной ножкой катода (ну, или, катодной ламелькой колодки лампы). И именно из-за того, что материал катода и вакуумный промежуток - это разнородные проводники, а анод находится уже при комнатной температуре, именно поэтому, если вы подключите вольтметр к промежутку катод-анод разогретой лампы, то будете наблюдать пусть малый, но все же ненулевой вольтаж.
Я просто решил не повторяться, поскольку уже писал об этом страницу назад: здесь.
Однако вот здесь я ещё обращал ваше внимание на эффект Кельвина-Томсона. Этот эффект приводит к тому, что при пропускании тока через лампу тепловая нагрузка на ножку катода резко снижается, и основным каналом потери тепла становится канал катод-анод. Т.е. вместо катодной ножки начинает греться анод.

[sector+]

Наверное я сделал поспешный вывод ?  Вот нарезал у С.Э.Хайкин "Электромагнитные колебания и волны"

Спойлер

[attachment=3197]haikin.jpg[/attachment]

[свернуть]

К чему эта нарезка?
Там про тепловое увеличение числа свободных электронов ничего нет.
Вы своими словами расскажите. В чем месседж?

[sector+]

Пусть у нас есть стол, побольше такой. И пусть на нем лежит магнит. Длинный, скажем, 2 метра, шириной сантиметров 20, хотя это не принципиально, толшина еще менее значима. Один полюс магнита сверху, другой на столешнице. И будем мы двигать на расстоянии 1мм вдоль магнита проводник. Скажем, 50см ускорение, 1м равномерного движения, 50см торможение. Во время равномерного движения в проводнике будет наводиться эдс прямопропорциональное индукции В, скорости v, длине проводника L. Теперь расположим над этим проводником еще один, такой же, пусть на расстоянии 10см, и пусть они движутся синхронно. Во втором проводнике так же будет наводиться эдс, но меньше чем первое во столько раз во сколько меньше индукция на таком расстоянии от магнита. А теперь соединим эти проводники через высокоточный китайский мультиметр. Что он покажет?

Если бы Вы написали, что магнит длинной 2 км, то я бы вам ответил, что мультиметр покажет ноль.
А так - в данном случае - краевыми эффектами уже не пренебрежешь - поток через контур будет, и он будет меняться за счет рассеянного МП даже при плоско-параллельном движении описанного выше контура вдоль магнита.

А вообще Вы описали ситуацию, близкую к униполярному генератору Фарадея, но без скользящего контакта.
В таком генераторе - при вращении магнита вокруг оси намагничивания - никакое ЭДС во внешней цепи (без скользящих контактов) генерироваться не будет.
Однако стоит создать скользящий контакт - и возникает ЭДС.
Почему?

[sector+]

Только в термоэмиссионных преобразователях греют катод, а охлаждают анод, вы не находите что это идет несколько вразрез с предлагаемым вами механизмом образования термоэдс?

Нет.
В термоэмиссионных преобразователях (ТЭП) более 2/3 теплового потока уходит через электроподвод катода.
Давайте посчитаем.
Температурный режим работы электродов в ТЭП следующий: катод - 1400-2300 ^оК, анод - 800-1200 ^оК. При этом известно, что КПД ТЭП (отношение электрической мощности к подводимой тепловой) - не более 20%. Это лучший результат. В ТЭП без наполнителей из соединений цезия - КПД ещё ниже.
Поскольку ТЭП - это разновидность тепловой машины, преобразующей тепло в работу, то правомерно сравнить КПД ТЭП с максимальным КПД тепловой машины Карно.
Коэффициент полезного действия машины Карно рассчитывается так: (2300-1200)/2300=0,65. Это по максимуму.
Откуда видно, что в ТЭП в полезную работу преобразуется только треть теплового потока.
Две трети - куда-то теряется...

Термопарные генераторы (элементы Пельтье) - в лучшем случае - имеют КПД вдвое ниже ТЭП.
Почему?
Потому что появляется второй мощный канал теплоотвода - парный проводник, отходящий от катода.
В результате, условно говоря, 2/5 тепла уходит через один проводник в паре, 2/5 - через другой, 1/5 - преобразуется в электричество (соотношение тепла, уходящего в преобразование, и потерянного через один проводник, здесь сохранено как в ТЭП: 1:2). При теоретическом КПД 0,65 это будет давать эффективность преобразования около 0,65/5=0,13.
Но у термопар ещё ниже - у них температурный режим полегче (теоретический КПД у  них ниже - примерно он составляет (700-373)/700=0,46; реальный при этом - ниже 0,1).
КПД различных термоэлектронных преобразователей можно посмотреть здесь.

[sector+]

Книгу  Бернштейна А. С "Термоэлектрические генераторы" можно скачать здесь.

Самодельный термоэлектрогенератор на современных деталях описан здесь.

Его прародитель - здесь.

[sector+]

Да, я специально развернул в линию униполярный генератор. Согласен, краевые эффекты будут, но речь не о них. Т е при описываемом включении измеритель покажет 0. Каким образом будет скомпенсировано Лоренцево наведение при разных значениях индукции для разных участков контура?

Компенсация происходит на проводах измерителя.
Представить себе это можно так:
Разница в количестве силовых магнитных линий, пересекающих нижний и верхний проводники в единицу времени (по вашему описанию) - дает описанную вами разность в ЭДС. Это количество действительно будет разным из-за рассеяния магнитного поля - изгибания силовых линий в сторону краев и последующего замыкания на обратную сторону магнита через его край.
(если бы магнит был бесконечным в обе стороны, или типа "соленоид", то никакого рассеяния не было бы).
Однако как только вы подсоединили измерительные провода, так сразу же загибающаяся магнитная линия, которая пересекла нижний проводник, но не дошла до верхнего, по своему ходу начинает сечь измерительный провод.
Так что для любого замкнутого контура вне магнита (в геометрии, когда плоскость контура параллельна полю) верно следующее:
Если силовая линия пересекает один провод контура, то она обязательно пересекает и какой-то второй провод контура.

[sector+]

Плотность магнитных силовых линий - и есть индукция.
Объяснение корректно.
Интеграл от векторного произведения индукции на элемент проводника dl по контуру - ноль.

[sector+]

Для сравнения - КПД двигателя Стирлинга - 35-45%.
Если его использовать в паре с электрогенератором - КПД преобразования будет около 30%.

Это если рассматривать двигатель Стирлинга как альтернативный стационарный преобразователь по отношению к элементам Пельтье (4-9%).

Наиболее удачная (из известных мне) конструкция - здесь.

[sector+]

Кстати, почему при расчете эдс при Фарадеевом наведении берется поток внутри контура, скажем, внешние витки расположены в поле с другими параметрами, да и направление поля другое?

Я не понял геометрии вопроса.

Про книгу Бернштейна ещё напишу последнее. А то потом забуду...
Там тоже имеется расчет кпд термопары. Однако этот расчет по идеологии своей неверен. Автор там исходил из того, что внутренне сопротивление источника термоэдс должно быть равно сопротивлению нагрузки - для максимальной энергоотдачи. Однако в генерирующей ЭДС части элементов Зеебека (Пельтье) внутреннее сопротивление отрицательно.
Объясняется это тем, что при замыкании такого элемента на внешнюю цепь по нему (источнику термоэдс) начинает течь ток, усиливающий градиент температуры в этом источнике (эффект Кельвина-Томсона). Т.е. ток нагрузки противодействует потерям тепла через токоподводы, увеличивает градиент температуры, и, следовательно, ЭДС источника.
Ситуация, при которой ток нагрузки через источник вызывает увеличение ЭДС источника - характеризуется как отрицательное внутреннее сопротивление источника.
(Это, правда, не всегда так - в зависимости от теплопроводности материалов в паре, но сам эффект идеологически присутствует)

Это явление наиболее выражено в термо-эмиссионных преобразователях при переходе из так называемого диффузионного в дуговой режим.
источник

[sector+]

Традиционно при обсуждении этого вопроса переходят к вектор-потенциалу.
Направление вектор-потенциала в обоих случаях одинаково. Только внутри катушки он нарастает от центра к проводам катушки, а вовне - спадает. Отсюда направление ЭДС одинаковое, хотя направление поля - разное.

В терминах поля этот вопрос можно разрешить, если вспомнить про то, что изменение напряженности поля начинает исходить от проводника, в котором начал изменяться ток, и далее это изменение распространяется во все стороны с конечной скоростью распространения.
В системе отсчета, связанной с фронтом изменения магнитного поля, получится, что остальные проводники пришли в движение, и на электроны в этих проводниках начала действовать ненулевая (в среднем) сила Лоренца.
Если вы разрисуете ситуацию на бумаге, и посмотрите, куда будет смотреть векторное произведение скорости относительного движения проводника на изменение вектора напряженности поля, то убедитесь, что ЭДС индукции в обоих вторичных катушках будет наводиться в одну сторону - что во внутренней катушке, что во внешней.

[sector+]

Кроме того, вертикальные проводники почти параллельны "магнитным линиям", соответственно, и наводимая в них эдс будет меньше.

Откуда взялось такое утверждение?
Вы считаете, что силовые линии магнитного поля должны сечь нарисованные на приведенном рисунке изолинии под прямым углом?