Почему тепловое излучение не делает термоэмиссионное преобразование неспособным приблизиться к эффективности Карно?

Термоэмиссионное преобразование следует классическому уравнению Ричардсона-Душмана для термоэлектронного тока как функции квадрата температуры:

Дж р Д "=" А 0 Т 2 опыт ⁡ ( − ф к Б Т )
где

  • Дж р Д – плотность тока эмиссии.
  • Т это температура излучения.
  • А 0 поправочный коэффициент для конкретного материала
  • ф - рабочая функция материала, опосредованная окружающей средой , и
  • к Б это постоянная Больцмана

Но тепловая потеря мощности является функцией четвертой степени температуры в соответствии с законом Стефана-Больцмана:

п "=" А о Т 4
где

  • п мощность, теряемая тепловым излучением
  • Т это температура излучения.
  • А – площадь теплового излучения, а
  • о постоянная Стефана -Больцмана

Хотя я вижу много разговоров о том, что накопление пространственного заряда является ограничивающим фактором для эффективности термоэлектронного преобразования , недостаток степени двойки из-за потерь теплового излучения, похоже, делает термоэмиссионное преобразование принципиально непрактичным подходом к приближению к эффективности Карно.

Что мне не хватает?

Подумайте о расшифровке аббревиатур.

Ответы (1)

Согласно этой статье «Термоэлектронное преобразование энергии в двадцать первом веке: достижения и возможности для космических и наземных применений» , тепловое излучение на самом деле является проблемой дизайна.

Вы упоминаете два степенных закона, и да, это означает, что при высоких температурах эффективность должна падать, но это также означает, что при достаточно низких температурах влияние теплового излучения должно стать незначительным.

Сила степенного закона не единственная вещь, и при оценке того, тонет ли технология или плавает, все сводится к практическому вопросу о том, каковы фактические коэффициенты и т. д., и каков окончательный компромисс, который делается в инженерии. .

Я изменил свой вопрос, чтобы быть более актуальным. Например, в этом документе говорится: «... нет никаких физических или химических причин, по которым термоэлектронный преобразователь не может работать с эффективностью, близкой к эффективности Карно, с выработкой большой мощности». Поскольку температуру окружающего радиатора изменить нельзя, необходимо повысить температуру на входе, что и мотивирует меня сосредоточиться на масштабировании температуры.
Ну, как говорится в статье, если можно понизить о тогда вы выиграете. Это не так сложно для инфракрасного излучения и блестящих металлических поверхностей.
Что касается приближения к эффективности Карно, я думаю, что есть неявный определитель «при соответствующих температурах». У каждой существующей тепловой машины есть некоторые практические проблемы, подобные этой: даже если они могут достичь Карно при одной паре температур, это, вероятно, не будет верно для всех пар температур. Некоторые могут удерживать это в более широком диапазоне, другие эффективно работают только в узком диапазоне вокруг определенной пары температур.
В случае с радиоизотопным термогенератором источник может нагреваться сколько угодно. Таким образом, вы можете даже не заботиться о приближении к эффективности Карно, а больше всего заботиться об абсолютной эффективности.
Я не смог найти " о " в статье. Что это такое?
В статье говорится: «Таким образом, по крайней мере в идеале, термоэмиссионный преобразователь может приблизиться к эффективности Карно. Кроме того, учитывая высокие температуры, с которыми совместима термоэлектронная эмиссия, этот КПД может быть относительно высоким. Например,« стандарт » преобразователь может работать с эмиттером 1800 К и коллектором 1000 К, что приводит к эффективности Карно 44%». Однако я не вижу в статье обоснования утверждения, что термоэмиссионный КПД может достигать 44%. Что такое «стандартный» преобразователь?
Ах, извините, я хотел сказать "излучательная способность", которая не о а скорее обычно ε . Низкий коэффициент излучения означает низкое излучение. В любом случае, этот аргумент утомляет, вы не предоставили реального уравнения для верхнего предела термоэлектронной эффективности, о котором вы так беспокоитесь. Дайте мне знать, когда вы получили его.
Почему тепловое излучение не делает термоэмиссионное преобразование неспособным приблизиться к эффективности Карно?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v