由环境的热有用功

第1部分的一些术语和定义。

的电动势（EMF）是一种包括一个电流源...外力作用在电解质和电极之间的边界电镀单元积分外力场部分。 他们还操作的两个不同的金属之间的边界上，并确定它们之间的p [5的接触电势差。 193，191]。 量跳电路部的所有表面上的电位等于所述导体之间的电势差，位于链端部，并且被称为电动势EMF导体电路... 仅由第一种导体链等于第一，直接与他们联系（沃尔法）......如果电路是正常打开，电动势的最后一个导体之间的电位跳越 这个电路是零。 以校正开路导体，其包括至少一种电解质，适用法律伏...显然，只有包括第二类中的至少一个导体的导体电路是电化学电池（或链电化学元件）[1，第 490 - 491]。

聚合电解质是能分解溶液中的离子的聚合物，从而在相同的大分子，大量重复收费...交联的聚电解质（离子交换剂，的 离子交换树脂） 不溶解，只溶胀，同时保持以解离的能力[6，第 320 - 321]。 聚电解质离解成带负电荷的macroion和H +离子被称为多元酸和离解成带正电荷的离子和OH- macroion称为poliosnovaniyami。

唐南平衡电位是发生在两种电解质之间的相界，如果这个限制是不可渗透的所有离子的电位差。 对于某些离子不渗透性极限可以引起，例如，膜的存在具有非常窄的孔，其是无法通行一定大小以上的颗粒。 发生的界面的选择性渗透，并且如果任何离子如此强烈链接到离开它一般不能相之一。 恰好表现离子的离子交换树脂或离子交换基团固定在分子晶格或基质单极键。 的溶液中，用一个单一的相位是这样的矩阵形式的内一起; 溶液，位于外侧， - 第二个[7。 77。

双电层（EDL）在设置为彼此[7设置在一定距离带相反电荷的层的两个相的界面发生。 96。

帕尔贴在两个不同的导体的接触，这取决于流过接触[2，对电流的方向影响的热这种隔离或吸收。 552]。

第2部分：使用电解水的传热介质。

考虑电化学电池（以下元件）的电路发生的机制，在图示意性示出。 1，更电动势由于内部接触电势差（PKK）和唐南的效果（的唐南效果本质简要描述，内部PKK和相关联的珀耳帖热在制品的第三部分提供）。

图。 1.一种电化学电池的示意图：1 - 阴极与3的溶液接触，出现在其表面，由化学惰性的重掺杂n型半导体的在电解质阳离子的电化学还原反应。 它连接到外部电压源，金属化的阴极的一部分; 2 - 阳极为4的溶液接触，在其表面上发生的电解质阴离子，用化学惰性重掺杂p型半导体的的电化学氧化反应。 它连接到外部电压源，金属化阳极的一部分; 3 -阴极空间，聚电解质溶液，在macroion在水中离解R-带负电荷的和带正电荷的抗衡离子小K +（在本例中是氢离子H +）; 4 -在水中离解阳极室的聚电解质溶液成带正电的macroion R +和带负电的抗衡离子小A-（在本例中它的氢氧根离子OH - ）; 5 -膜（隔膜），是不可渗透大分子（macroion）聚电解质，但完全可渗透小抗衡离子K +，A-和水分子共享空间3和4; Evnesh - 外部电压源。

电动势 由唐南效应

为了清楚起见，阴极空间（3，图1）的电解质被选择多元酸水溶液（R-H +），电解质和阳极隔室（4，图1） -水poliosnovaniya（R + OH-）。 由于在阴极室中离解的多元酸的一个结果，阴极（1，图1）的表面附近，存在的H +离子的浓度增加。 出现在阴极表面附近的正电荷不被补偿负电荷macroions R-，因为 它们不能由于其大小和带正电荷的离子气氛存在接近阴极的表面（详见。在文章的第三部分的附件№1说明唐南效应）。 因此，直接与阴极表面接触的溶液的边界层具有正电荷。 其结果，在阴极表面上的静电感应型，邻接于该溶液中，有一个负电荷的传导电子的。 即 在阴极表面和DES溶液之间的界面处发生。 在DES的字段从阴极推电子 - 至溶液中。

类似地，在直接与阳极表面接触的阳极（2，图1），在阳极隔室中的溶液的边界层（4，图1）具有负电荷，和在阳极表面上，邻接于该溶液中，有正电荷。 即 在阳极表面和溶液之间的界面也发生DES。 一个阳极 - 的DES的字段从溶液推电子。

因此，DES的在阴极和阳极与该溶液的界面领域，支持热溶液的离子扩散，有两个内部电动势源，一致行动与外部源，即 在推动循环逆时针的负电荷。

离解poliosnovaniya多元酸并且还使热扩散通过所述膜（5，图1）的H +离子从阴极空间-向阳极，并从阳极室OH-离子-阴极。 Macroion R +和R-聚电解质不能穿过膜移动，所以它从阴极空间存在过量的负电荷，并从阳极空间-过量正电荷，即 还有另一种DPP由于唐南效应。 因此，该膜也发生电动势的内部，在音乐会热扩散的外部来源作用并保持离子的溶液中。

在我们的例子中，穿过膜的电压可以达到0.83伏，如 这对应于从标准氢电极的电位的变化 - 在从所述阳极室的阴极室的酸性环境，碱性介质中的过渡0.83至0伏。 有关详细信息，请参阅。在文章的第三部分附录№1。

电动势 库尔德工人党从内部

元素电动势 它发生，包括在接触半导体的阳极和阴极向它们的服务进行连接的外部电压源的金属部件。 这个电动势 由于内部PKK。 内部IF不创建，相反，外部磁场在空间围绕所述接触导体，即 它不影响在导体外的带电粒子的运动。 施工n型半导体/金属/ p型半导体被充分已知的，并且被使用，例如，热电 珀耳帖模块。 电动势的大小 在室温下这种结构可以达到0.4的顺序的值 - 0.6伏[5，第 459; 2，P。 552]。 在联系人字段被引导的，因为它们在循环逆时针方向推电子这样的方式，即 行为与外部源的演唱会。 电子升高介质吸收珀耳帖热的能量水平。

内部由于在电极和溶液的接触区域的电子的扩散所产生的IF，相反，在循环中的顺时针方向上推电子。 即 电子在元素中的逆时针方向这些触点的运动必须分配珀尔帖的热。 但由于 电子从阴极转移到该溶液中，在阳极中的溶液的必然伴随着吸热反应产生氢气和氧气，珀耳帖的热不被释放到培养基中，并且是减少的吸热效果，即 在形成氢气和氧气的热函，如“保守”。 有关详细信息，请参阅。附件№2文章的第三部分。

载流子（电子和离子）的元件电路移动不封闭路径，在元件没有电荷不会在闭合回路中移动。 从溶液（OH-离子与氧分子氧化的过程中）而获得的每个电子的阳极，和通过外部电路到达阴极通过，与氢分子挥发在一起（在离子H +的恢复的过程）。 类似地离子OH-和H +不以闭合电路移动，但只到对应的电极，然后在分子氢和氧的形式蒸发。 即 与离子和电子在其环境中的每个移动在DES的加速场，以及路径的端部，当它们到达电极的表面被结合在分子中，转换整个存储的能量 - 化学键的能量，并且退出循环！

所有的电动势的内在源泉 元素，降低成本，为电解水的外部来源。 因此，环境吸收其操作过程中的元件，以保持DES的扩散的热量，是降低外部电源的成本，即 它提高了电解效率。

水的电解而没有任何外部源。

在审查中发生在图1所示的元件的处理。 如图1所示，外部源参数不被考虑在内。 假设内部电阻等于Rd和的0。即一个电压Evnesh 元件电极短路到无源负载（参见图5）。 在这种情况下，在元件的界面所产生的DES场的方向和大小保持不变。

图。 5.相反Evnesh（图1），包括无源负载RL。

确定在该元件自发电流流动的条件。 改变吉布斯电位，根据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/摩尔）= 1.23（EV /分子）

该ΔģARR <0且自发的过程是可能的。

我们将进一步考虑元素氢产生反应发生在酸性介质（0伏电极电位），和氧在碱性（0.4伏电极电位）。 这样的电极电位提供一种膜（5，图5），在该这应该是0.83伏的电压。 即 为氢气和氧气的形成所需要的能量由0.83（EV /分子）降低。 随后的自发过程的可能性病情会：

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

我们发现，氢分子和氧分子的能量势垒可以避免的，而无需使用外部电压源。 即 甚至在n = 0.4（EV /分子），即 当内电极HPDC 0.4伏特，元件将在动态平衡状态，和平衡条件的任何（即使小）变化将导致电流在电路中。

在电极的另一障碍是反应的活化能，但它是由消除 隧道效应， 由于在电极和溶液[7，P之间的间隙的面积小而产生。 147-149。

因此，能量的考虑的基础上，我们得出结论在图中所示的元件，其自发电流。 如图5所示，它是可能的。 但是，什么身体原因可能导致这个电流是多少？ 这些原因如下所列：

1.从阴极到溶液中比从阳极过渡的概率到溶液中更高的电子跃迁的概率，因为 n型半导体阴极有许多自由电子以高能量水平，和p型半导体阳极 - 只有“洞”，并且这些“空洞”是在低于阴极的电子的能量水平;

2.膜在酸性环境的阴极空间支撑，并且在所述阳极 - 碱性。 在惰性电极的情况下，这导致了一个阴极电极电位变得低于阳极更大的事实。 因此，电子必须通过从阳极到阴极的外部电路移动;

3.表面电荷由于唐南效应所产生的聚电解质溶液，产生在电极/溶液场，使得在阴极场促进从阴极到溶液中电子产率，并在阳极的场 - 电子进入从溶液中阳极;

4.平衡正向和反向在电极朝向ħ偏压反应（交流电流）+离子在阴极和OH-离子的氧化在阳极直接还原反应，由于 它们伴随通过形成气体（H 2和O 2）能够容易地在离开反应区（勒夏特列原理）的。

实验。

对于通过唐南效应负载两端的电压的定量评价，进行了实验，其中，阴极元件包括与外石墨电极和阳极的活性炭 - 活性炭和阴离子树脂AB-17-8与外石墨电极的混合物。 电解质 - NaOH水溶液，阳极和阴极空间由合成毡分离。 在此元件的开放外部电极具有约50mV的电压。 当连接到外部负载10的元件欧姆固定电流的约500微安。 当从20至30 0℃，电压环境温度上升到所述外部电极增大到54毫伏。 在环境温度增加电压确认电动势的源 是扩散的，即 颗粒的热运动。

对于从内HPDC金属/半导体实验负载两端的电压的定量评价进行，其中所述细胞阴极由与外石墨电极和阳极合成石墨粉末的 - 碳化硼（B 4 C，p型半导体）与外石墨电极的粉末。 电解质 - NaOH水溶液，阳极和阴极空间由合成毡分离。 在元件电压的开放外部电极为约150毫伏。 当外部负载连接到元件50欧姆电压下降到35毫伏。，这样由于低的固有碳化硼和，其结果，高的内部电阻元件强烈电压降。 调查电压与温度的关系这样结构的元件不进行。 这是由于，对于一个半导体，这取决于其化学成分的事实，掺杂和其它性质的程度，以不同的方式可以影响它的费米能级的温度变化。 即 上电动势温度影响 元件（增加或减少），在这种情况下取决于所使用的材料，所以这并不表示实验。

在这点上继续，其中电池阴极与外不锈钢电极和活性炭粉末和阴离子树脂AB-17-8的混合物，从阳极向外部电极由活性炭粉末和KU-2-8的混合物的另一个实验不锈钢。 电解质 - 的NaCl水溶液中，在阳极和阴极空间通过合成分离感觉到。 与2011年10月该元件的外部电极能够短路被动电流表。 电流表示一个安培计，转弯后大约一天，通过1毫安下降 - 高达100 MKA（这显然是由于电极的极化），从那时起一年多不改变。

在与更有效的材料不可访问所获得的结果比理论上可能的显着更低的在连接上述实际实验。 此外，要注意总的内部电动势的一部分 元件总是消耗用于维持电极反应（生产氢气和氧气的），不能在外部电路来测量。

结论。

综上，我们可以得出结论，自然使我们能够将热能转换成有用的能量或工作，同时采用为“热得快”的环境，而不是有一个“冰箱”。 因此唐南效果和内部IF在带电粒子的转换热能 电场能量 DEL作为吸热反应的热量转化为化学能。

考虑接触元件从所述介质和水消耗的热量，并分配电功率，氢气和氧气！ 另外，能量消耗的过程，并利用氢作为燃料，水返回到传热介质！

附件的第3部分。

这部分进一步讨论唐南平衡的效果，在对所述元件的氧化还原反应和电极电位的内HPDC金属/半导体和珀尔帖热的交界处。

唐南电位（附录№1）

考虑唐南潜力聚电解质发生的机制。 之后离解聚电解质平衡离子开始它的小，扩散，同时保留高分子所占的体积。 作为与该溶液的其余部分相比较的在溶剂中的小体积的聚电解质的大分子的抗衡离子的方向性扩散是由于在本体的大分子的浓度增加。 此外，如果，例如，小的抗衡离子是带负电荷，这导致了大分子的内部部分是带正电的，并将该溶液是紧邻大分子的体积 - 阴性。 即 围绕一个带正电的macroion量，有一种小抗衡离子的“离子气氛” - 带负电荷。 发生终止离子气氛电荷增长当 静电场 的离子体积macroion气氛和余额小抗衡离子的热扩散之间。 大气和离子macroions之间所产生的平衡电位差是唐南潜力。 唐南电位也被称为 膜电位， 因为 类似的情况发生在半透膜中，例如，当它其中有两种离子电解质溶液分离 - 能够和不能够通过纯溶剂的穿过其中的。

唐南电位可以被认为是扩散电位的极限情况下，当离子之一的流动性（在这种情况下macroion）为零。 然后，根据上述[1，第 535]，负责计数器等于的一个：

E [D =（RT / F）LN（ A1 / A2），其中

艾德 -唐南潜力;

的R -通用气体常数;

笔 -热力学温度;

的F -法拉第常数;

A1，A2 -在接触阶段计数器活动。

在这种构件，其中所述膜分离poliosnovaniya溶液（pH =了Lg 1 = 14）和多元酸（pH值=了Lg 2 = 0）穿过膜，唐南电位在室温（T = 300 0 K）将是：

E [D =（RT / F）（LG一个1 - LG电子2）LN（10）=（8.3 *96500分之300）*（14 - 0）* LN（10）= 0.83伏特

唐南的潜在增长成正比的温度。 用于电化学电池的热珀尔帖的扩散是用于生产有用的工作的唯一来源，这并不奇怪，这种元件EMF 随着温度的升高而增加。 在生产工作的扩散池，珀尔帖热量总是从环境获取。 当电流流过形成EDL的方向与DES领域的正方向一致唐南效果，（即，当DES领域进行积极的工作），热量从用于生产本文的环境吸收。

但所述扩散元件是在离子浓度，这最终导致浓度的均衡和停止定向扩散，不同于平衡唐南，其中，在泄漏准静态电流离子浓度的情况下，一旦达到一定值的连续和单向变化，保持不变。

图。 图2示出的氢气和改变溶液的酸度时氧的反应的氧化还原电势的图。 图表显示，在不存在OH-离子的氧形成反应（1.23伏在酸性环境）的电极电位是从以高浓度在0.83伏（在碱性介质中0.4伏）相同的电势不同。 类似地，在不存在H +的（-0.83伏在碱性介质中）氢气形成反应的电极电位是从以高浓度（在酸性介质中0 V）相同的电势不同，也在0.83伏[4。 66-67]。 即 显而易见的是伏0.83需要，以获得在相应的离子的水的高浓度。 这意味着，0.83伏所需的质量的水分子的解离中性的成H +和OH-离子。 因此，如果膜是我们的元素阴极空间酸性介质和碱性阳极支持，电压可达到0.83 DEL伏，这与前面介绍的理论计算吻合。 该电压提供高导电率的空间DES膜通过水离解成在其内的离子。

图。 2.框图氧化还原反应电位

水的分解，和H +离子和OH-成氢气和氧气。

IF和珀尔帖热（附录№2）

“的珀耳帖效应的原因是参与的不同的各种导体的电导率的电荷载流子（对于定性电子）...在过渡从一个导体的平均能量转换成另一种电子或发射过量电力网或在其费用补充能量缺乏（取决于电流方向）。

图。 3.在接触金属和半导体N-珀耳帖效应：ԐF - 费米能级; ԐC - 半导体的导带的底部; ԐV - 价带; I - 的当前正方向; 带箭头的圆圈示意性地示出电子。

在接触附近的第一情况下被释放，第二个 - 即所谓的吸收.. 珀尔帖热。 例如，在接触半导体 - 金属（图3），从所述n型半导体，以金属（左触摸）通过电子的能量比费米能量ԐF显著更高。 因此，它们被违反的金属的热平衡。 平衡被恢复为碰撞的结果，在该热化电子，使多余的能量结晶。 网格。 半导体金属（右触摸）可以通过只有最高能电子，所以在金属即电子气冷却。 上振荡能量消耗晶格的平衡分布“[2，P的恢复。 552]。

以接触金属/ p型半导体的情况是类似的。 因为 p型导电半导体孔提供其价带低于该费米能级，那么接触将被冷却，其中电子从p型半导体的金属流动。 珀耳帖热释放或由两个导体的接触吸收，因生产的负的或正的内部IF的。

包括在左触点间隙（图3），在其上热珀耳帖分配，电解池，例如，NaOH水溶液（图4）和金属半导体和n让它是化学惰性的。

图。 4.左接触n型半导体和金属是开放的，并放置在电解质溶液中的间隙。 标号是相同的图 3。

因为，当电流流过“I”，正电子在较高能量的半导体比出来的金属溶液到达解决方案，该过剩能量（珀耳帖热）必须站在小区。

通过电池的电流可以是仅在其中泄漏的电化学反应的情况。 如果在单元中的放热反应，珀耳帖热被释放在细胞中，作为 她有更多的无处可去。 如果在单元中的反应 - 吸热的，珀耳帖热是全部或部分地补偿该吸热效应，即 以形成反应产物。 在这个例子中，总电池反应：2H 2 O→2H 2↑+ O 2↑ - 吸热的，所以珀尔帖的热（能量）是创建分子和H 2 O 2，是在上述电极上形成。 因此，我们得到的是帕尔贴的在右n接触半导体/金属介质中选择的热不会被释放回环境中，并且被存储在氢分子和氧分子的化学能的形式。 显然，外部电压源的操作被消耗用于水的电解，在这种情况下会比相同电极的情况下更小，没有造成的珀耳帖效应发生..

无论电极的性能，电解池本身可以吸收或穿过珀尔帖的电流在其上的当产生热。 准静态条件下，吉布斯细胞[4的电势变化，第 60]：

ΔG =Δħ - T的Δ S，其中

Δh -所细胞的焓变;

笔 -热力学温度;

Δ 的S -在细胞的熵变化;

Q = - T的 Δ 的S -珀耳帖单元的热。

在T = 298（K），在焓ΔHpr=的变化的氢-氧电化学电池- 284.5（千焦/摩尔）[8，第 120]，在吉布斯的变化潜在[4。 一。 60]：

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

ž -每分子的电子的数量;

的F -法拉第常数;

Ë -电动势 细胞。

因此

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

即 氢 - 氧电化学电池在珀耳帖环境产生热量，同时改善其熵并降低其。 然后，在逆过程中，水的电解，这是在我们的例子的情况下，帕尔贴热Q模 = - Q AVE = - 电解质的47.3（千焦/摩尔）将从环境中吸收。

表示P -从在右n接触半导体/金属的环境采取珀尔帖的热。 热P> 0必须站在小区，但由于 在细胞中的吸热反应的水分解（ΔH> 0），珀耳帖热P是，以补偿反应的热效应：

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

MOD Q仅取决于电解质的组成，因为 它是用惰性电极的电解池的特性，并且n是仅依赖于电极材料。

等式（1）示出了珀尔帖P和珀尔帖的热加热模Q，是生产的有用的工作。 即 从培养基中带走热量珀耳帖降低电解所需的外部电源的成本。 其中的热介质是能量的用于生产有用的工作的源极的情况下，是扩散的特性，以及用于许多电化学电池，这种元件的实例示于[3，P。 248 - 249]。

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