Пристрій для перетворення теплової енергії навколишнього середовища в енергію електричного струму

Пристрій для перетворення теплової енергії у енергію електричного струму, який містить робоче тіло - термоелектричний перетворювач, що являє 3 У надпровідника, який охолоджений до температури меншої за критичну, і який знаходиться у магнітному полі єдиною зовнішньою силою, яка діє на рухомі електрони є сила Лоренца, під дією якої вони рухаються по спіральним траєкторіям, або крутяться по кругу, площина якого перпендикулярна напрямку поля. Внаслідок такого обертання, яке еквівалентне протіканню електричного струму по кругу, електрони створюють своє власне магнітне поле, яке протилежне зовнішньому. В глибині надпровідника такі струми взаємно компенсуються, але створене ними магнітне поле послаблює зовнішнє. В приграничному шарі такої компенсації струмів і поля немає. Тому макроскопічний ефект проявляється в тому, що в приграничному шарі виникає електричний струм, а сумарна величина магнітної індукції в глибині надпровідника зменшується до нуля (ефект Майсснера), В класичній фізиці рух електронів по колу, як і при всякому прискореному русі зарядженої частинки, відповідно до законів електродинаміки, супроводжується випромінюванням електромагнітних хвиль (бетатронне випромінювання), Спектр випромінювання лінійчатий, а основна частота спектра відповідає циклонній частоті обертання електрона на ларморівській орбіті: e ц  B (1) m ; де: ωц - циклонна частота; e - заряд електрона; m - маса електрона; B - індукція магнітного поля; В квантовій механіці електрон в магнітному полі може мати дискретні енергетичні рівні, відстань між якими майже точно рівна hωц. Взаємодія такого випромінювання з електронами надпровідника буде супроводжуватися такими ефектами: - при поглинанні випромінювання електрони (і нормальні і надпровідні) будуть переходити в збуджений стан на більш високі енергетичні рівні (резонанс поглинання). При цьому надпровідні електрони при своєму русі не передають свою енергію атомам, а нормальні електрони поглинуту енергію можуть при зіткненні передавати атомам, що буде приводити до нагріву зразка; - падаюча електромагнітна хвиля може також викликати індуковані переходи електронів із збудженого стану на більш низькі енергетичні рівні (вимушене або індуковане випромінювання); Імовірність резонансного поглинання і індукованих переходів одинакові, при цьому концентрація нормальних електронів при температурах близьких до критичної значно більша за концентрацію надпровідних електронів. В таких умовах це приведе до поглинання бетатронного випромінювання і інтенсивність такого випромінювання з надпровідника буде незначна. 57978 4 Кількість надпровідних електронів зростає при Т→0, Тому, якщо їх концентрація буде перевищувати кількість нормальних, і якщо помістити надпровідник у резонатор, резонансна частота якого трохи більша від частоти бетатронного випромінювання надпровідника у магнітному полі, (в цьому випадку імовірність індукованого переходу буде більше імовірності поглинання енергії) [2], підсилення індукованого випромінювання буде більшим за поглинання і в надпровіднику виникне генерація електромагнітної хвилі, яка, при відповідній напруженості зовнішнього магнітного поля і геометричних параметрів резонатора, буде попадати в СВЧ діапазон. Збудження електронів в надпровіднику відбувається за рахунок поглинання теплового випромінювання з навколишнього середовища, а частина поглинутої електронами теплової енергії, що йде на їх збудження, виводиться через вихідні сторони надпровідника у виді когерентного випромінювання. Це приведе до зменшення теплового випромінювання надпровідника через його бокові поверхні, що еквівалентно зменшенню його температури, Тому генерація когерентного випромінювання буде супроводжуватися охолодженням робочого тіла - надпровідника (пристрій буде сам себе охолоджувати), а його енергетична накачка для збудження електронів і підтримання процесу генерації буде здійснюватися за рахунок поглинання тепла, від холодоагенту 4, що охолоджує надпровідник, який в свою чергу буде поглинати тепло з навколишнього середовища. Таким чином, джерелом теплової енергії для роботи пристрою буде теплова енергія любого зовнішнього джерела тепла в тому числі і тепла навколишнього середовища. СВЧ випромінювання з допомогою приймачів 3, розміщених в резонаторі 2, перетворюється в СВЧ струм, виводиться з пристрою і, з допомогою електронних пристроїв 7, може бути перетворене в електричний струм зручний для використання. Тому подібний пристрій представляє собою і холодильник і неперервно діючий генератор електричного струму, джерелом енергії якого являється теплова енергія навколишнього середовища. Перевага запропонованого пристрою в тому, що для його роботи немає необхідності в додатковому джерелі теплової енергії і запасів палива для нього, в пристрої немає рухомих деталей, а умови для роботи пристрою виконуються при поглинанні теплової енергії з навколишнього середовища, температура якого навіть у найхолоднішій області Землі достатня для роботи такого пристрою. Пристрій може використовуватися як джерело електричного струму, холодильник, генератор і підсилювачі когерентного випромінювання СВЧ діапазону. Література 1. Калашников С.Г. Электричество, М.: Наука, 1985, 576. 2. Трубецков Д.И., Рожнѐв А.Г. Линейные колебания и волны. М.: Физматлит, 2001. 465 с. 5 Комп’ютерна верстка М. Мацело 57978 6 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601