Термоэлектрические ПД

Все потенциалы, обозначенные на рис. 38, е буквой f, имеют переменные значения, зависящие от свойств и условий вза­имодействия проводников. При этом переменные разности типа j_А - f₁₂, j_А - f₁₃, j_В - f₂₁, j_В - f₂₃, j_С – f₃₂, j_С – f₃₁ представляют собой внутренние скачки потенциала, так как возникают в дан­ном теле между слоями х и остальным его веществом. Пере­менные разности типа f₁₂, f₂₃ и f₃₁, возникающие на границе раздела, соприкосновения разнородных тел, являются скачка­ми внешними. При определении нескомпенсированной ЭДС надо просуммировать все эти скачки. Однако внутренние скач­ки обычно бывают заметно меньше внешних, ибо внутренние и поверхностные слои данного тела различаются между собой не так сильно, как сами разнородные тела. Поэтому для просто­ты и наглядности рассуждений в первом грубом приближении можно пренебречь внутренними скачками по сравнению с внеш­ними. Тогда искомая нескомпенсированная ЭДС, например, для трех тел (j₃) может быть выражена только через внешние скачки j₁₂, j₂₃ и j₃₁. Находим

j₃ = j₁₂ + j₂₃ + j₃₁ = f₁₂ – f₂₁ + f₂₃ – f₃₂ + f₃₁ – f₁₃ ¹ 0 (339)

где

j₁₂ = f₁₂ – f₂₁; j₂₃ = f₂₃ – f₃₂; j₃₁ = f₃₁ – f₁₃ (340)

В рассматриваемых условиях разности типа f₁₂ – f₁₃, f₂₁ – f₂₃ и f₃₁ – f₃₂, обозначенные на рис. 38, е тройными вер­тикальными прямыми, представляют собой перепады потен­циала вдоль первого, второго и третьего проводников. Если один из них разорвать, то в двух других указанные перепады обращаются в нуль, а разность потенциалов на концах разор­ванного проводника становится равной нескомпенсированной ЭДС j₃, которую можно легко измерить. При этом электрический ток отсутствует, а потенциалы j_А, j_В и j_С приобретают некие новые значения, обусловленные перерас­пределением заряда в разорванной цепи.

В общем случае при наличии цепи, состоящей из n тел, получается такая же картина (j_n ¹ 0). В частном случае, когда цепь составлена всего из двух тел (n = 2), формула (339) дает

j₂ = j₁₂ + j₂₁ = f₁₂ – f₂₁ + f₂₁ – f₁₂ = 0

что хорошо согласуется с законом Вольта, но при этом сумми­руются не вольтовские, а искаженные взаимным влиянием тел скачки потенциалов.

Следовательно, при замыкании в цепь трех или более тел (n ³ 3) суммарная ЭДС цепи, вопреки закону Вольта, может быть не равна нулю. При этом немаловажное значение приобре­тает конкретное сочетание и чередование тел в замкнутой цепи. В частности, при симметричном расположении провод­ников некоторые из них на ЭДС цепи могут не оказать влияния. Например, звено 2, симметрично расположенное отно­сительно проводников 1 (рис. 38, в), из рассмотрения выпадает - это прямо следует из уравнения типа (339). Точно так же на ЭДС не влияют звенья 2 и 3 (рис. 38, г), но при том же составе проводников можно образовать цепь, у которой все звенья вносят свой полноценный вклад в ЭДС (рис. 38, д). Это должно свидетельствовать о том, что в реальных условиях скачки потенциала являются величинами переменными, а вольтовский детерминизм утрачивает свою силу из-за воздействия закона состояния ОТ на электрический интенсиал f. Обсуж­даемая картина очень напоминает механическую: в механике железный детерминизм ее законов нарушается благодаря из­менению хронального интенсиала t под управлением закона состояния. Эти примеры весьма наглядно показывают, как уточняются и исправляются хорошо известные законы физики под влиянием начал ОТ; при этом открываются принципиально новые возможности.

Таким образом, цепь, составленная из трех и более провод­ников, представляет собой вечный двигатель второго рода: под действием нескомпенсированной ЭДС происходит вечная круговая циркуляция электрического заряда. В спаях цепи наблюдаются поглощение и выделение теплоты Пельтье, а вдоль проводников - поглощение и выделение теплоты Томсона и теплоты нового линейного эффекта, описанного в рабо­тах [18, с.316; 21, с.312], а также выделение теплоты Джоуля. Алгебраическая сумма теплот Пельтье, Томсона и ли­нейного эффекта равна и противоположна по знаку суммарной джоулевой теплоте - этим балансом обеспечивается циркуля­ция заряда в условиях изоляции цепи от окружающей среды. Получается самофункционирующая термодинамическая пара, только в данном случае приходится соединять между собой не два, а три и более проводников. В связи с этим должен заметить, что в любой термодинамической паре в общем случае может быть задействовано не обязательно два, но произволь­ное количество проводников.

Теплота Пельтье, поглощаемая и выделяемая в спаях, приводит к появлению между ними разности температур. Это обстоятельство может быть использовано для повышения эф­фективности работы ПД-14. С этой целью свойства проводни­ков надо подбирать таким образом, чтобы термоЭДС, возни­кающая между спаями цепи (эффект Зеебека), усиливала бы нескомпенсированную ЭДС.

Что касается самого эффекта Пельтье, то переменность скачков потенциала сыграла роковую роль в деле правильного понимания физической сути этого эффекта. Эффект Пельтье имеет чисто диссипативную природу и может быть как положи­тельным (экранированная теплота выделяется), так и отрицательным (теплота экранируется, поглощается), причем коли­чество тепла Пельтье в точности равно произведению раз­ности (скачка) потенциалов на силу тока. Но если в качестве скачка взять постоянную вольтовскую разность типа j_АВ, не исправленную на взаимное влияние тел А и В, то резуль­таты опытов по независимому определению количества тепла Пельтье и измерению разности j_АВ и силы тока не совпадут между собой. Из-за этого несовпадения теплоте Пельтье был придан недиссипативный смысл, факт существования отрица­тельной диссипации был замаскирован, что лишний раз под­тверждало идею Клаузиуса об одностороннем развитии мира, то есть о существовании только положительной теплоты дисси­пации.

Механическое вечное движение можно наблюдать в термо­электрическом двигателе ПД-17. Для этого надо легкую шелко­винку или бузиновый шарик подвесить между пластинами, подключенными к ПД-14 (рис. 38, ж). Шелковинка, попере­менно соприкасаясь с пластинами, перезаряжается и совершает таким образом периодические колебательные движения.

Если электроэнергия или механическая работа отводится от термоэлектрического ПД в окружающую среду, то цепь автоматически несколько снижает свою температуру и происхо­дит поглощение из окружающей среды эквивалентного коли­чества тепла. При этом КПД преобразования теплоты одного источника (окружающей среды) в работу равен 100%. Все это успешно и весьма просто нарушает второй закон Клаузиуса [ТРП, стр.465-468].