Полупроводниковые термоэлементы возможно применять для нагревания помещения зимний период и охлаждения его летом.
И вот в Университете полупроводников было сконструировано охлаждающее устройство для для того чтобы прибора — столик, количеством не больше простого лабораторного микроскопа. Его вместе с источником питания легко может переносить один человек. На столике сосредоточен комплект замечательных холодильных элементов, и ткань замораживается тут практически за пара мин..
Довольно много необыкновенного на первый взгляд сулит применение аналогичных особенностей полупроводников. Что бы вы, к примеру, поразмыслили, если бы вам внесли предложение отапливать помещение… холодом?
Представьте себе, что громадные батареи холодильных элементов установлены так, что их «тёплые» спаи находятся в помещения, а «холодные» — снаружи. В случае, если пропускать через них электрический ток, то «тёплые» спаи начнут нагревать воздушное пространство помещения, а «холодные» — поглощать тепло из воздуха улицы, «охлаждая» его еще больше.
Полупроводниковые термоэлементы возможно применять для нагревания помещения зимний период и охлаждения его летом
Внешний холодный воздушное пространство восполнит нужную постоянную разность температур между спаями. А так как величина проходящего через них электрического тока наряду с этим не изменится, то дополнительное тепло в помещении окажется благодаря… охлаждению воздуха улицы, т. е. за счет холода! Расход электричества наряду с этим если сравнивать с отоплением простыми электрическими печами сократится практически в два раза.
Летом, в то время, когда через чур жарко, возможно поменять направление проходящего через батареи тока и «холодные» спаи станут тёплыми, «нагревая» воздушное пространство улицы, а «тёплые» — холодными, охлаждая жилье.
А вот еще пример применения полупроводников. На любой квадратный метр поверхности Почвы, освещенной Солнцем, в среднем приходится около 1 кВт энергии света. А на площадь в 1 га — 10 тыс. кВт — мощность громадной электрической станции. А на всю поверхность Почвы…
СВЕРХМИНИАТЮРНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ
Одно из преимуществ полупроводников — их миниатюрность. Но созданный сравнительно не так давно сверхминиатюрный транзистор кроме того среди собственных мелких собратьев думается лилипутом. Это— тоненькая пластинка железного германия. Относящиеся к нему сопротивления, конденсаторы и проводники заменены полосами железной краски, нанесенными на пластинку величиной с мелкую почтовую марку. Использование новых полупроводников разрешает изготовлять радиоприемники размером с ручные часы, слуховые аппараты для глухих, каковые будут помещаться в ушной раковине, портативные электронные вычислительные автомобили и т. п.
Представьте себе щит площадью в квадратный метр из тоненьких пластинок полупроводниковых фотоэлементов с к. п. д. 10%. Тогда возможно непрерывно приобретать с него до 100 вт электроэнергии. Выложенная такими батареями крыша одноэтажного дома площадью, допустим, 100 м2 с избытком обеспечит потребности жильцов дома в электроэнергии (10 квт). Лишь часть пустыни Каракумы, покрытая такими батареями, удовлетворяла бы потребность в энергии всего человечества , пока светит Солнце. Угроза, что иссякнут источники снабжения людей углём и нефтью, будет уже не страшна.
Вверху: крыша дома, выложенная полупроводни-новыми фотоэлементами, в полной мере обеспечила бы его обитателей электроэнергией. В середине: «солнечный» приемник. В его ручку встроена батарея полупроводниковых фотоэлементов. Она снабжает работу приемника днем и заряжает маленькие аккумуляторная батареи для шести-,семичасовой работы ночью. Внизу: «ядерная» электрическая батарея. Радиоактивное вещество, излучающее весьма стремительные электроны, непрерывно получает хороший заряд, а наружная оболочка батареи — отрицательный.
Но и это еще не все! Ученые подсчитали, что к. п. д. кремниевых фотоэлементов возможно будет со временем довести до 20%, т. е. до 200 вт с 1 м2. Это значит, что фотоэлемент, что на данный момент служит в большинстве случаев в устройствах техники не сильный токов, станет базой всей энергетики будущего.
Вот походный приемник — величиной с маленькую женскую сумочку. Для его работы достаточно полупроводниковой солнечной батареи, встроенной в… его ручку.
Энергии простого дневного света либо яркой электрической лампы в полной мере хватит не только для питания приемника, но и для зарядки маленьких батареек-аккумуляторная батарей, снабжающих шестичасовую работу приемника ночью.
В третьем неестественном спутнике один из радиопередатчиков и пара наиболее значимых устройств питались от солнечной батареи.
Но свет — лишь одна из форм излучений, существующих в природе. Чем меньше протяженность волны, тем больше энергии несет в себе излучение. К примеру, энергия ультрафиолетовых лучей намного больше, чем лучей видимого света; энергия рентгеновских лучей — чем ультрафиолетовых; энергия гамма-лучей — чем рентгеновских, и т. д. (подробнее какое количество. т. 3, раздел «Физика»). Исходя из этого, в случае, если германиевые либо кремниевые полупроводниковые фотоэлементы «осветить» невидимыми ультрафиолетовыми, рентгеновскими, гамма-лучами либо, наконец, легко потоком летящих с большой скоростью электронов, то создаваемый ими электрический ток будет еще громадным, чем под действием видимого света. На этом принципе уже созданы первые образцы «ядерных» электрических батарей.
Полупроводниковые устройства открывают совсем новые возможности и для преобразования переменного электрического тока в постоянный.
В каждом сетевом приемнике, телевизоре, усилителе имеется выпрямитель — устройство, питающее разные цепи приемника постоянным электрическим током, большей частью высоких напряжений. Таковой выпрямитель занимает веса и добрую четверть объёма всего приемника либо телевизора. Промышленные выпрямители, рассчитанные на высокое напряжение и большой ток, также весьма сложны и громоздки. К примеру, для управления магистральным электровозом весьма выгодно и комфортно, дабы двигатели его питались постоянным током.
Для передачи же на далекие расстояния удачен переменный ток. Дабы применять преимущества того и другого вида тока, на кое-какие типы электровозов ставят замечательные выпрямители, каковые занимают много места.
К.п.д. же современных полупроводниковых выпрямителей может быть около 98-99%. Исходя из этого пластинка площадью 100-120 см2, т. е. величиной с записную книжку, при условии совершенного ее охлаждения имела возможность бы выпрямлять переменный ток в постоянный, достаточный для питания электровоза мощностью 3-4 тыс. л. с.
К сожалению, полупроводниковые выпрямители до тех пор пока действующий при температурах не выше 200°. Это еще мешает их широкому внедрению, не смотря на то, что из года в год число всевозможных видов малых полупроводниковых выпрямителей все возрастает.
Дабы преобразовать переменный ток в постоянный на электровозе мощностью 4—5 тыс. л. с., было бы достаточно полупроводниковых пластинок размером с записную книжку, само собой разумеется, если бы их удалось идеально охлаждать.
Мы говорили тут об энергетическом применении полупроводников. Но было бы несправедливо обойти и многие другие области слаботочной электроники. Приведем только самые важные и увлекательные примеры.
При нагревании чистых металлов их электрическое сопротивление возрастает. У полупроводников оно, напротив, значительно уменьшается. Это свойство выяснилось крайне важным для ниспровержения термометра — прибора, достаточно продолжительно «засидевшегося» в технике и науке.
По какой причине, дабы изморить температуру больного, необходимо целых 10 мин. сидеть без движений, пока столбик ртути встанет и зафиксирует верную температуру? А какое количество десятков людей необходимо, дабы записывать и регулировать температуру на производствах, в сотнях помещений и цехов, в тысячах всевозможных аппаратов! Все это куда несложнее, легче, правильнее и, основное, стремительнее возможно сделать при помощи совсем маленького кусочка полупроводника — термистора.
Термистор последовательно соединяется с маленькой электрической батареей и весьма чувствительным измерительным прибором. Достаточно внешней температуре чуть-чуть повыситься либо понизиться, как сопротивление термистора быстро уменьшится либо увеличится, изменится и протекающий через него ток. Это и продемонстрирует проградуированный измерительный прибор.
Такие термометры-крошки возможно установить в любом пункте, кроме того конкретно в подробностях автомобилей, к примеру в подшипниках. Они мгновенно поднимут тревогу, в случае, если подшипники по какой-либо причине начнут перегреваться.
ФОТОЭЛЕМЕНТЫ СОРТИРУЮТ БРЕВНА
На некоторых лесопильных фабриках имеется уникальная установка, машинально сортирующая бревна. Ее 17 фотоэлементов пристально «осматривают» проходящие мимо них на транспортере бревна и определяют их толщину и длину. Протяженность бревна определяется в зависимости от времени затемнения им продольного последовательности фотоэлементов, а толщина бревна — в зависимости от того, сколько оно затемняет элементов вертикального последовательности. Измеренные фотоэлементами бревна в соответствии с сигналами фотоэлектрической установки направляются на ту либо иную ветвь транспортера и после этого сбрасываются с него в бассейн, предназначенный для бревен данного сорта.
Самое необычное тут — в необыкновенной чувствительности устройства. В Ленинградском агрофизическом университете сконструирован микроэлектротермометр, названный «иглой». Шарик диаметром в 0,5 мм разрешает одним прикосновением, продолжающимся десятую либо кроме того сотую долю секунды, измерять с громадной точностью не только температуру людской тела, но и отдельных участков его кожи, артерий, вен и т. д. Более того, возможно измерять кроме того температуру разных участков страницы растения. Но как быть, в случае, если необходимо определить весьма незначительные трансформации температуры предмета, до которого запрещено конкретно прикоснуться термистором? Для этого помогает второй прибор — болометр. Это еще более маленькое термосопротивление, сделанное из самых чувствительных к трансформации температуры полупроводников. Оно окрашено в черный цвет и заключено в трубку, из которой выкачан воздушное пространство. Сам болометр установлен в фокусе громадного железного зеркала и охлаждается до низкой температуры.
Любой нагретый предмет излучает тепловые — инфракрасные — лучи. Болометры разрешают верно измерить температуру тела человека на расстоянии до километра, найти на расстоянии нескольких километров горящую спичку а также измерить температуру любого участка поверхности Луны либо выяснить температуру звезды. Другими словами, посредством болометра возможно измерить температуру любого тела, излучающего инфракрасные лучи, как бы на большом растоянии оно от нас ни пребывало.
Полупроводниковые германиевые и кремниевые устройства. В центре, в кружке, фототриод— комбинация из фотоэлемента (фотодиода) и усилительного триода. Данный очень чувствительный прибор имел возможность бы найти излучение спички, зажженной на Луне!
Познание происходящих в полупроводниках физических процессов разрешило кроме того отлично узнаваемые и изученные типы фотоэлементов сделать еще более чувствительными и действенными.
В случае, если к германиевому фотоэлементу подключить еще и маленькую электрическую батарейку, то получается новый прибор — фотодиод, очень чувствительный к видимому и невидимому свету. Комбинированный фотоэлемент с усилительным прибором и фотодиодом — фототриодом владеет уже баснословной чувствительностью. Создаваемый им под действием света большой ток в один момент машинально улучшается.
При помощи для того чтобы чувствительного к инфракрасным лучам прибора возможно выяснить расположение самолетов, судов и других нагретых тел на весьма далеких расстояниях. С самолета возможно не только выяснить место, где, к примеру, стоят на земле замаскированные самолеты либо машины, но кроме того найти, где они находились пара часов тому назад и нагрели своим теплом окружающие предметы.
Посредством для того чтобы прибора возможно составить подробную карту распределения тепла по поверхности Марса. Так как фототриод имел возможность бы найти свет спички, зажженной, к примеру, на поверхности Луны.
Возможности применения полупроводников воистину не имеют границ. Впереди еще довольно много неординарных открытий в данной области.