Barion Pixel

Villanyszerelők Lapja

Nem csak villanyszerelőknek

Áram hőenergiából - közvetlenül

2011. március 1. | Chiovini György |  15 423 | |

Az alábbi tartalom archív, 10 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Egy felfedezés lehet a véletlen szülötte. A felfedező érdeme azonban az, hogy felfigyelt valami újszerűre, szokatlanra, megmagyarázhatatlanra. Lehet a felfedezés kitartó keresés, töprengés gyümölcse. Valaki nem tudott megnyugodni, amíg a végére nem j...

Egy felfedezés lehet a véletlen szülötte. A felfedező érdeme azonban az, hogy felfigyelt valami újszerűre, szokatlanra, megmagyarázhatatlanra. Lehet a felfedezés kitartó keresés, töprengés gyümölcse. Valaki nem tudott megnyugodni, amíg a végére nem járt egy problémának. Vannak felfedezések, amelyek a kíváncsiságnak köszönhetők. Egy alapjában véve érdeklődő ember nem sajnálja az idejét, hogy sokféle ötlettel próbálkozzon, sokféle kísérletet végrehajtson. Hajtja a kíváncsiság mellett bizonyára a becsvágy is, talán valami fontos dologra jön rá, valami nagy felfedezést tesz. Híres ember lesz.

A XIX. század elején sokan foglalkoztak az elektromosság jelenségeivel: izgalmas felismerések születtek. Újabb és újabb ismeretekkel bővült az emberiség egyetemes tudása. De érezni lehetett, hogy van még „felfedezésre váró” jelenség, összefüggés. Mindenki előtt nyitva állt a lehetőség, hogy talán ő fogja a következő jelentős felfedezést tenni.Thomas Johann Seebeck 1802-ben szerezte meg orvosi diplomáját. Két évvel korábban ismertette Volta a galvánelemet, az új és óriási gyakorlati lehetőségeket nyújtó áramforrást. Egymást követték az alkalmazások, főleg az elektrokémiában. Bizonyára Seebeck is hallott minderről. Nem lépett az orvosi pályára, a kísérletezés és a kutatás jobban vonzotta.Akkor – éppen Volta munkája nyomán – már ismert volt, hogy a fémek sajátos kölcsönhatást mutatnak. Különböző fémek érintkezésekor villamos feszültség észlelhető. Érthető, hogy ez Seebecket is foglalkoztatta.

Ez vezetett el a – később róla elnevezett – termoelektromos jelenség felfedezéséhez.Nagy nehézséget okozott abban az időben, hogy nem voltak a mai értelemben vett műszerek. Óriási áttörést jelentett az, hogy 1820-ban Oersted kimutatta, az elektromos áram hatást gyakorol az iránytűre, a mágnestűre. A mágnestű azonnal fontos laboratóriumi eszközzé vált. Ezt használta egy évvel később, 1821-ben Seebeck is nevezetes kísérleténél. Fogott egy réz- és egy bizmutszalagot. Mindkét végüket érintkezésbe hozta, és az egyik oldalt melegítette; amint ez a rekonstruált kísérlet képén látszik.

Azt tapasztalta, hogy a mágnestű kitér, tehát áram folyik az így kialakított áramkörben. A vizsgálatokat aztán továbbfolytatta, összesen 34 fémet és ötvözetet próbált ki, illetve tanulmányozott ebből a szempontból.A Seebeck-hatás lényege az, hogy két különböző fém érintkezési pontját melegítve a fémek nem melegített pontjainál villamos feszültség, termofeszültség mérhető. Minél nagyobb a hőmérsékletkülönbség, annál nagyobb a termofeszültség. A különböző fémek, ötvözetek más és más termofeszültséget mutatnak. Ez a feszültség viszonylag kicsi, néhányszor tíz mV. Ugyanakkor a hidegponton a fémeket összeérintve, az áramkört zárva meglepően nagy áram folyhat, hiszen a fémek („vezetékek”) ellenállása is kicsi. Ma már olcsó kategóriás multiméterekhez is árulnak hőmérőtartozékot. Ez egy hőelem (termoelem), ami mérsékelt pontosságú méréshez alkalmazható is.

Természetesen léteznek igényesebb célra szolgáló hőelemek is. Előnyük, hogy aktív érzékelők, segédenergiát nem igényelnek.Van egy nagyon elterjedt alkalmazása a Seebeck-hatásnak: minden háziasszony látta, ha nem is tudatosodott benne. Ez a gázkészülékek, így a gáztűzhelyek termoelektromos égésellenőrzője. Látni nem sok látszik belőle, egy apró alkatrész a gázégő mellett: éppen olyan távolságban, hogy a láng megfelelően – kb. 600 °C-ra – felforrósítsa.A földgáz vagy pébégáz kiváló tüzelőanyag.

Csupa jó tulajdonsággal rendelkezik, egy dologra kell csak vigyázni: a levegővel robbanásveszélyes elegyet alkot! Ilyen veszélyhelyzet állna elő, ha a gáz égés nélkül áramolna ki az égőből. Ekkor azonnal zárni kell a gázcsapot (gázszelepet). Erre való az égés jelenlétét ellenőrző biztonsági szerkezet. Egyik elterjedt változata a termoelektromos áramkör. Érzékelője egy termoelem, beavatkozó eleme egy elektromágnes, jelen esetben termomágnes névvel. Ez utóbbi be van építve a gázcsapba, a többi alkatrész hollandis csatlakozóval rögzíthető hozzá. A termoelem természetesen az égőhöz kerül.

A működési elv meglehetősen egyszerű. A gáz útját egy nyitott állású szelep teszi szabaddá, a szeleptányér rugóerő ellenében nyitott helyzetben van. Azért marad ebben a helyzetben, mert a szeleprudazat végén lévő tárcsa az áram által átjárt termomágneshez tapad. Ha a láng elalszik, a termoelem hűlni kezd, csökken az áram, a mágnes húzóerejét legyőzi a rugó. A szelep záró állásba mozdul, elzárva a gáz útját.A termomágnes behúzott állapotban tartásához gyártmánytól függően 0,05-0,15 A áramerősség szükséges. A termofeszültség a szokásos anyagpárosításoknál kb. 7 mV/ 100 °C. Ha azt szeretnénk, hogy már pl. 100 °C-nál behúzott állapotban maradjon a termomágnes, akkor ez meghatározza az áramkör ellenállását. 7 mV feszültséghez és 0,1 A áramerősséghez az Ohm-törvény értelmében 70 m ellenállás tartozik. Ehhez megfelelő keresztmetszet és a csatlakozásnál kis átmeneti ellenállás szükséges.

Elő is fordul, hogy lazulás vagy oxidáció miatt az ellenállás olyan nagy lesz, hogy a termomágnes kiold, bár a láng melegíti a termoelemet. A romlásra már felhívja a figyelmet az, ha egyre tovább tart az öntartás elérése, egyre nagyobb hőmérsékletre kell a termoelemnek felmelegedni.A láng elalvását követően a termoelem kihűlésével párhuzamosan csökken az áramerősség, egy adott értéknél a termomágnes elenged, a rugó pedig zárja a szelepet.

Ez a folyamat lassabban játszódik le, de a vonatkozó előírások szerinti időtartamon belül kell lenni. Kisebb gázégőknél még egy perc is elfogadható. Nagyobb égőteljesítménynél ez már olyan mértékű elégetlen gázmennyiséget jelentene, hogy ezt a biztosítási módot nem lehet elfogadni. Gyorsabban beavatkozó biztonsági szerkezetet alkalmaznak.Ha egy áramkörben villamos áram folyik, akkor szükség van áramforrásra, energiaforrásra. Ugyan használjuk az energiatermelés kifejezést, de tudjuk, hogy energiát termelni nem, csak átalakítani lehet.

A termoelem esetében nyilván a hőenergia alakul át villamos energiává. A kérdés csak az, hogyan?A fématomok elektronjainak mozgékonysága változik a fém hőmérsékletének megfelelően. Ha a fémtárgy két vége között hőmérséklet különbség van, akkor az eltérő hőmérsékletű részek elektronjai eltérő mozgékonyságúak. Ez abban nyilvánul meg, hogy a melegebb részről az elektronok a hidegebb rész felé diffundálnak. Töltéskülönbség alakul ki, ez feszültségkülönbségként észlelhető. Két különböző fém vagy fémötvözet esetében ez a jelenség számszerűségében eltérő. Ha a két fémet egymáshoz érintjük, az eltérő termodiffúzió miatt termoelektromos feszültség jelenik meg, zárt áramkörben termoáram folyik.


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem