Електрика для дачі своїми руками? А чому б і ні? Напевно, така творча думка приходить в голову багатьом дачникам в ті дні нерідкі, коли без попередження вирубується світло в самий невідповідний момент.
Електрика від свічки
Які бувають електрогенератори? Дизельний, бензиновий, газовий або на дровах. А ще вітряні, сонячні…
Якщо заглибитися в історію цього питання, то можна дізнатися багато цікавого. Виявляється, у нас ще до війни в 40-е роки випускалися портативні теплові електрогенератори на ефекті Пельтьє-Зеєбека. Генератор одягався на скло гасової лампи і давав струм, достатній для живлення лампового передавача або приймача. Цими генераторами користувалися партизани.
Вже під час війни випускався ще так званий «казанок партизана». У нього засипався сніг або заливалася холодна вода. Поки казанок закипав на вогнищі, він виробляв струм, яким заряджали акумулятори, радіостанції. Існує легенда: німецькі контррозвідники не могли зрозуміти, яким чином партизани в лісі видобувають електрику для такої тривалої роботи своїх радіостанцій.
Ефект Пельтьє-Зеєбека простий. В замкнутій ланцюга з двох різнорідних провідників Р1 і Р2, контакти яких підтримуються при різних температурах Т1 і Т2, виникає електричний струм (це явище відкрив німецький фізик Т. Зеєбек в 1821 р.).
Якщо у тієї ж ланцюга протікає постійний струм, то один з контактів охолоджується, а інший нагрівається (цей зворотний ефект відкрив у 1834 р. французький годинникар Ж. Пельтьє). Ефект багаторазово підсилюється, якщо Р1 і Р2 – напівпровідники різного типу (n-і p-напівпровідники).
Одиничним елементом Пельтьє-Зеєбека є термопара з двох сполучених мідною шиною напівпровідників n – up – типу. Збірка з послідовно включених елементів, вклеєна між двома керамічними пластинами, являє собою модуль Пельтьє (Зеєбека).
Коротко про те, що ж це за чудові n-і p-напівпровідники.
Як відомо, навколо ядра атома на декількох оболонках розташовуються електрони, утримувані тяжінням ядра. Їх загальний негативний заряд врівноважується позитивним зарядом ядра.
У металі електрони зовнішньої оболонки атома легко відриваються і безладно переміщуються в межатомном просторі. Ці вільні електрони і забезпечують електропровідність металу.
В ізоляторі (діелектрику) вільних електронів немає.
Проміжне положення займає напівпровідник – тверда кристалічна речовина (кремній, германій та ін). В ньому мало вільних електронів і тому він – поганий провідник. Але його провідність змінюється під дією тепла, світла, домішок і, крім того, пов’язана з переміщенням не тільки електронів, але і позитивних зарядів – «дірок».
При дії тепла або світла з’являються вільні електрони, що відірвалися від зовнішніх оболонок атомів напівпровідника виникає провідність. Це – електронна провідність (n-провідність: «negative» – негативний).
Місце, звідки відірвався електрон, називають «діркою». Тепер атом має позитивний заряд. Але дірку негайно займає електрон від сусіднього атома. При цьому попередній атом стає нейтральним, а сусідній – з позитивним зарядом з діркою. Далі по ланцюжку: атоми нерухомі, але «по естафеті» передають разом з діркою позитивний заряд. Це теж провідність. Її називають дірковою провідністю (p-провідністю: «positive» – позитивний).
У чистому напівпровіднику величини електронної та діркової провідності рівні. Дозоване введення домішок (миш’яку, індія) в кристал напівпровідника сильно порушує цю рівновагу. Напівпровідники з переважаючою електронною або дірковою провідністю називають відповідно n-напівпровідниками і p-напівпровідниками.
Звичайно, ентузіасти-умільці, які дізналися про партизанських електрогенераторах, не могли пройти повз ідеї створення аналогічних приладів для своїх побутових і туристичних потреб. В інтернеті можна знайти захоплюючі описи експериментів з елементом Пельтьє-Зеєбека, що проходили з перемінним успіхом.
Тут ми познайомимо вас з остаточним результатом цих досліджень на сьогоднішній день – з конкретною конструкцією саморобного термоелектрогенератора на базі модуля Пельтьє, виробляє 5 вольт від свічки.
Спочатку перерахуємо матеріали та інструменти, необхідні для виготовлення термоелектрогенератора.
Основна деталь – модуль Пельтьє TEC1-12712 (62×62) з габаритами 62х62х3,8 мм. Його можна придбати у фірм ЕК ЗІП і ГРУ приблизно за 1 300 р. Замість нього можна взяти два модуля Пельтьє TEC1-12705 (40 ? 40 см) з габаритами 40х40х3,6 мм (фірма ДЕК реалізує модуль за 285 р.).
Друга важлива електротехнічна деталь – підвищуючий перетворювач постійної напруги з 1,5 вольт на 5 вольт. Підійде перетворювач ЕК-1674 мікроскопічної складання, розміром трохи більше нігтя (в інтернет-магазині Ekits.ru він коштує 320 р.). Перетворювач можна зібрати і самим за наведеною схемою.
Ще будуть потрібні:
? лист дюралюмінію для виготовлення підкладки для модуля (лист 40х30х0,3 см можна придбати у приватника на розвалі за 300-400 р.);
? свічка Ікеа в склянці (коштує близько 100 р.) для підігріву нижньої межі модуля Пельтьє;
? ківш для холодної води з льодом для охолодження верхньої межі модуля;
? паяльник ( наприклад, ось такий паяльник на 12 вольт) і припій;
? термоклей (термоклей Radial 2 мл коштує 150 р.);
? лобзик і ножівка по металу;
— тестер для виміру напруги.
Тепер можна приступити до складання пристрою.
Встромивши в лобзик пилку від ножівки по металу, треба випиляти з дюралевого листа прямокутник з розмірами модуля Пельтьє або двох менших модулів.
На отриману дюралевую підкладку зміцнюється термоклеєм великий модуль або послідовно (поруч) два менших модуля. Термоклей по консистенції нагадує ПВА, але міцно приклеює керамічну грань модуля до дюралевої пластині. За описом, клей витримує температуру до 300°, тільки висихає довго треба чекати 12 годин.
Коли клей висохне, тим же термоклеєм зверху треба приклеїти ківш. При цьому важливо, щоб дно ковша було ідеально пласким – для кращого тепловідведення. Дюралевую підкладку з ковшем вже можна поставити на склянку зі свічкою Ікеа. І тут настав час збирати електричну ланцюг.
Якщо зараз налити в ківш холодну воду з льодом, запалити під ним свічку і під’єднати до проводів тестер, то через 3-4 хвилини з’явиться напруга: спочатку 0,9 вольт, потім до 1,5 вольт. Зрозуміло, що з цим напругою нічого робити: навіть для зарядки мобільного телефону потрібно 5 вольт. Саме тому був приготований перетворювач, що підвищує напругу від 1,5 до 5 вольт. Зберігаючи терпіння і витримку, цей мікроскопічний перетворювач треба підпаяти в ланцюг.
Після цього термоелектрогенератор стає цілком придатним для зарядки мобільного телефону. Якщо в наші дні з’являться партизани, то вони без проблем будуть заряджати свій стільниковий від свічки, де б не перебували.
Але виявилося, що цей термоелектрогенератор можна пристосувати і для освітлення. Для цього треба під’єднати одноватний світлодіод, приклеївши сам світлодіод до стінки ковша двостороннім скотчем (ви це бачите на знімку з ковшем).
Минипрожектор (скажімо скромно – ліхтарик) загоряється не відразу, а через три-чотири хвилини після того, як запалюється свічка. Вимірювання освітленості экспонометром (кілька повторних вимірів вночі) показало приблизно 30 люксів на відстані 30 см. А при цьому освітленні можна читати!
Такий світловий потік дає 10-ватна лампа розжарювання. Виходить, що тепло свічки перетворюється в світлове випромінювання інтенсивністю, в 10 разів більшої, ніж інтенсивність випромінювання від самої свічки (втім, свічка теж вносить деяку частку в освітлення, що створюється генератором). І це при тому, що елемент Пельтьє має ккд всього 2-3%.
Таким, чином, можна зробити оптимістичний висновок: наполегливі експерименти умільців привели до позитивних результатів. Саме: за допомогою модуля Пельтьє, перетворювача напруги і свічки в похідних умовах можна підзарядити мобільний телефон, а при необхідності зібрати і ліхтарик на світлодіоді. Цей ліхтарик буде світити набагато яскравіше, ніж свічка. І ще висновок: тепер можна забезпечити електрику для дачі своїми руками.
Радимо вам прочитати і ось ці цікаві статті:
? Прилад бездротового електрики, що працює від енергії радіохвиль стільникового телефону.
? Найпростіший джерело живлення, здатний зарядити мобільник в поході.
? Як зробити самому лаву-лампу
? Детекторний приймач, що працює без харчування
А тепер наше традиційне відео:
